Googles forskere har lykkes testet feilrettingmetoder med selskapets Sycamore-prosessor.
Googles forskere har vist at feilkorreksjon, på visse betingelser, fungerer på selskapets Sycamore-kvanteprosessor og til og med kan skaleres eksponentielt, i er enda et skritt mot å bygge en feiltolerant kvantecomputer.
Gjennombruddet vil sannsynligvis fange oppmerksomheten til forskere som arbeider med kvantefeilkorreksjon, et felt som ikke er opptatt av qubit-tellinger, men heller av qubit-kvalitet.
Mens det å øke antallet qubits som støttes av kvantecomputere, ofte presenteres som nøkkelfaktoren for å låse opp den enestående beregningskraften til kvanteteknologier, er like viktig å sikre at disse qubittene oppfører seg på en måte som muliggjør pålitelig , feilfrie resultater.
Dette er ideen som ligger til grunn for begrepet en feiltolerant kvantecomputer, men kvantefeilkorreksjon er fortsatt i veldig tidlige stadier. Foreløpig sliter forskere fremdeles med å kontrollere og manipulere de få qubits de har å gjøre med, på grunn av partiklenes ekstremt ustabile natur, noe som betyr at kvanteberegninger fortsatt er full av feil.
I følge Google vil de fleste applikasjoner kreve feilfrekvenser så lave som 10 ^ -15; til sammenligning har toppmoderne kvanteplattformer for tiden gjennomsnittlige feilrater som er nærmere 10 ^ -3.
En løsning består i å forbedre qubits fysiske stabilitet, men forskere prioriterer i økende grad en alternativ løsning, der feil kan oppdages og korrigeres direkte i kvanteprosessoren.
Vanligvis gjøres dette ved å distribuere kvantedata over mange forskjellige qubits og bruke ekstra qubits for å spore den informasjonen, identifisere og korrigere feil mens de går. Den samlede feilkorrigerte gruppen qubits danner en enkelt klynge kjent som en “logisk qubit”.
Kalt stabilisatorkoden, denne tilnærmingen fletter i hovedsak datakvitter med målekvitter som kan gjøre uønskede forstyrrelser av datakvittstatene til feil, som deretter kan kompenseres for takket være spesifikk programvare.
Mens prinsippene for stabiliseringskoder har blitt teoretisk brukt på forskjellige plattformer, sa Google, har metoden ikke blitt bevist å skalere i store systemer, og det er heller ikke vist at den tåler flere runder med feilretting.
Annonsegigantens forskere satte seg for å teste stabiliseringskoder med selskapets Sycamore-kvanteprosessor, startende med en logisk qubit-klynge som består av fem qubits koblet i en endimensjonal kjede. Qubits vekslet mellom å fungere som data qubits og måle qubits som har til oppgave å oppdage feil.
Å øke klyngens størrelse, fant forskerne, eksponentielt redusert feil. Teamet testet metoden med forskjellige størrelser på logiske qubits, og nådde en maksimal klynge på 21 qubits, som ble funnet å redusere logiske feil mer enn 100 ganger sammenlignet med klynger laget av bare fem qubits. Med andre ord, jo større den logiske qubiten er, desto bedre feil kan korrigeres.
Dette er viktig fordi praktiske kvantecomputere forventes å kreve minst 1000 feilrettingskvitter for hver logiske qubit. Å bevise at feilrettingmetoder kan skaleres, er derfor grunnleggende for utviklingen av en nyttig kvantecomputer.
Google fant også at feilundertrykkelsesfrekvensen holdt seg stabil selv etter 50 runder med feilretting – et “nøkkelfunn” for muligheten for kvantefeilkorreksjon, sa selskapet.
Selvfølgelig er det fortsatt enorme begrensninger for eksperimentet. Nåværende kvantecomputere kan støtte mindre enn 100 qubits – Sycamore har for eksempel 54 qubits – noe som betyr at det er umulig å teste metoden med de 1000 qubits som ville være nødvendige for praktiske anvendelser.
Og selv om 21 qubits var tilstrekkelig til å skape en nyttig logisk qubit, ville Googles prosessor bare være i stand til å støtte to av disse logiske qubits, noe som fortsatt er langt fra nok til å brukes i virkelige applikasjoner. Googles resultater forblir derfor foreløpig et bevis på konseptet.
I tillegg fremhevet forskerne at qubits 'iboende høye feilprosent sannsynligvis vil bli problematisk. I teamets eksperimenter endte 11% av sjekkene med å oppdage en feil, noe som betyr at feilrettingsteknologier må være utrolig effektive for å fange og korrigere forstyrrelser i enheter som har flere tusen ganger flere qubits.
“Disse eksperimentelle demonstrasjonene gir grunnlag for å bygge en skalerbar feiltolerant kvantecomputer med superledende qubits,” sa forskerne. “Likevel er det mange utfordringer som er på vei mot skalerbar kvantefeilkorreksjon.”
Det gjenstår at Googles funn har åpnet døren for mer forskning og eksperimenter i et felt som blir stadig mer opptatt.
Tidligere i år, for eksempel, ga Amazons skydatterselskap AWS ut sitt første forskningsoppgave som beskriver en ny arkitektur for en kvantecomputer med mål om å sette en ny standard for feilretting.
AWS metode er avhengig av en lignende tilnærming til Googles, men er kombinert med en prosessordesign som kan redusere qubits potensial til å vende stater, i det som ble vist som en tegning for en mer presis kvantecomputer.
Beslektede emner:
Google 