Elevers fysik lektier hentet af Amazons kvanteforskere

En enkel, men elegant ændring af kode, der er studeret i mere end 20 år, kunne forkorte tidslinjen for at opnå skalerbar kvanteberegning og har tiltrukket sig opmærksomhed fra kvantecomputerprogrammer på Amazon Web Services og Yale University.

Det, der startede som et andet års fysikprojekt, er på vej ind i Amazon Web Service's (AWS) kvantecomputerprogram.

University of Sydney videnskabsundergraduate Pablo Bonilla Ataides har justeret noget computerkode for effektivt at fordoble sin kapacitet til at rette fejl i kvantemaskinerne, der bliver designet i den nye teknologisektor.

Den enkle, men geniale ændring af kvantefejlkorrigerende kode har fanget opmærksomheden hos kvanteforskere ved AWS Center for Quantum Computing i Pasadena, Californien, og kvanteteknologiprogrammerne ved Yale University og Duke University i USA.

"Kvanteteknologi er i sin vorden, dels fordi vi ikke har været i stand til at overvinde den iboende ustabilitet i maskinerne, der producerer så mange fejl, " sagde 21-årige hr. Bonilla.

"På andet års fysik blev jeg bedt om at se på nogle almindeligt anvendte fejlkorrigerende kode for at se, om vi kunne forbedre den. Ved at vende halvdelen af ​​kvanteswitcherne, eller qubits, i vores design, vi fandt ud af, at vi effektivt kunne fordoble vores evne til at undertrykke fejl."

Forskningen er offentliggjort i dag i Naturkommunikation .

Resultaterne af undersøgelsen, medforfatter af Dr. Steve Flammia, som for nylig er flyttet fra University of Sydney til AWS's kvantecomputerindsats, skal indgå i teknologivirksomhedens arsenal af fejlretningsteknikker, mens det udvikler sin kvantehardware.

Dr. Earl Campbell er senior kvanteforsker ved AWS. Han sagde:"Vi har et betydeligt arbejde foran os som branche, før nogen ser ægte, praktiske fordele ved kvantecomputere.

"Denne forskning overraskede mig. Jeg var forbløffet over, at en så lille ændring af en kvantefejlkorrektionskode kunne føre til så stor en indvirkning på den forudsagte ydeevne.

"AWS Center for Quantum Computing-teamet ser frem til at samarbejde yderligere, mens vi udforsker andre lovende alternativer for at bringe nye, mere kraftfulde computerteknologier et skridt tættere på virkeligheden."

Kvantefejl

Fejl er ekstremt sjældne i de digitale transistorer, eller kontakter, som klassiske computere bruger til at køre vores telefoner, bærbare computere og endda de hurtigste supercomputere.

Imidlertid, 'afbryderne' i kvantecomputere, kendt som qubits, er særligt følsomme over for interferens, eller 'støj, " fra det ydre miljø.

For at få kvantemaskiner til at fungere, videnskabsmænd skal producere et stort antal qubits af høj kvalitet. Dette kan gøres ved at forbedre maskinerne, så de er mindre støjende, og ved at bruge en vis kapacitet på maskinerne til at undertrykke qubit-fejl under en vis tærskel, for at de kan være nyttige.

Det er her, kvantefejlkorrektion kommer ind.

Adjunkt Shruti Puri fra kvanteforskningsprogrammet ved Yale University sagde, at hendes team er interesseret i at bruge den nye kode til deres arbejde.

"Det, der undrer mig ved denne nye kode, er dens rene elegance. Dens bemærkelsesværdige fejlkorrigerende egenskaber kommer fra en simpel modifikation til en kode, der er blevet studeret grundigt i næsten to årtier, " sagde adjunkt Puri.

"Det er ekstremt relevant for en ny generation af kvanteteknologi, der udvikles på Yale og andre steder. Med denne nye kode, Jeg tror, vi har forkortet tidslinjen betydeligt for at opnå skalerbar kvanteberegning."

Medforfatter Dr. David Tuckett fra School of Physics sagde:"Det er lidt ligesom at spille slagskibe med en kvantemodstander. Teoretisk set, de kunne placere deres brikker hvor som helst på brættet. Men efter at have spillet millioner af spil, vi ved, at visse træk er mere sandsynlige."

Eftermontering til industrien

Medforfatter og associeret dekan (forskning) ved Det Naturvidenskabelige Fakultet Professor Stephen Bartlett sagde:"Det, der er fantastisk ved dette design, er, at vi effektivt kan eftermontere det til overfladekoderne, der udvikles på tværs af industrien.

"At få koden til at fungere på en todimensionel overflade er ideel til anvendelse i en industri, der historisk har produceret 2D-chipdesign. Vi er optimistiske om, at dette arbejde vil hjælpe industrien med at bygge bedre eksperimentelle enheder."

Medforfatter Dr. Ben Brown fra University of Sydney Nano Institute og School of Physics arbejdede tæt sammen med Mr. Bonilla om projektet. Han sagde:"At bygge en funktionel kvantecomputer er lidt som at prøve at bygge Wright Brothers' fly, og vi er ikke engang kommet i gang endnu.

"Eksperimentalister producerer de stærke, letvægtsmaterialer til at bygge flyet, og vi er lige kommet med et mere aerodynamisk design til de vinger, der har mere løft. Vi er måske lige kommet med det design, der vil hjælpe storskala kvantecomputere med at komme i gang."