MBE-CQEC:Et nyt skema til at rette kvantefejl

Kvantecomputere har et enormt løfte i vores big data-verden. Hvis forskere kan udnytte deres potentiale, kan disse enheder udføre massivt komplekse beregninger med lynets hast.

Klassiske computere, såsom vores bærbare computere, gemmer information i bits, som eksisterer i en af ​​to fysiske tilstande:0 eller 1. Men qubits, den tilsvarende form for datalagring for kvantecomputere, fungerer anderledes, fordi deres natur er probabilistisk snarere end deterministisk. De kan eksistere som både 0 og 1 samtidigt, hvilket er det, der giver dem deres kraft. Efterhånden som antallet af qubits lagret i en kvantecomputer stiger, kan computeren behandle information eksponentielt hurtigere end en klassisk computer.

Men der er en ulempe. Qubits er skrøbelige. Deres tilstande ændrer sig meget hurtigt, for eksempel som reaktion på miljøfaktorer såsom temperatur, hvilket introducerer en masse fejl. Forskere har kæmpet for at udvikle en effektiv måde at rette disse fejl på i realtid. Metoderne til at rette sådanne kvantefejl er kendt som kvantefejlkorrektion (QEC).

"For kvantecomputere er disse fejl virkelig et problem," siger Dr. Sangkha Borah, en postdoc-forsker i Quantum Machines Unit ledet af professor Jason Twamley ved Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "Hvis vi kan finde ud af, hvordan vi udfører QEC nøjagtigt, har vi måske brugbare kvantecomputere meget snart."

Nu har Dr. Borah og hans kolleger ved OIST og deres samarbejdspartnere ved Trinity College i Dublin, Irland og University of Queensland i Brisbane, Australien, foreslået en ny fejlkorrektionsteknik, som for nylig er blevet offentliggjort i Physical Gennemgå forskning.

At opnå QEC involverer at lave en samling af flere qubits ved hjælp af en kvantemekanisk egenskab kaldet entanglement. For at detektere fejl, der sker i qubits, skal et QEC-skema anvende en række målinger kendt som syndrommålinger. Disse målinger vurderer, om to nærmeste nabo-qubits er justeret i samme retning eller ej. Resultaterne af disse målinger kaldes syndromer, og baseret på dem kan fejlen i qubits detekteres og efterfølgende korrigeres.

Almindeligt anvendte QEC-skemaer er normalt langsomme, og de resulterer også i et hurtigt tab af information, der er lagret i qubits på grund af fejl, de ikke kan fange og rette i realtid. Derudover anvender sådanne QEC-metoder en konventionel kvantemålingstilgang kaldet projektiv måling for at få syndromerne. Denne tilgang kræver flere ekstra qubits, hvilket gør den ressourcekrævende.

I stedet brugte Dr. Borah og hans kolleger en tilgang kaldet kontinuerlig måling. Sådanne målinger kan udføres meget hurtigere end konventionelle projektive målinger på en yderst ressourceeffektiv måde. De udviklede et QEC-skema kaldet målebaseret estimatorskema for kontinuerlig kvantefejlkorrektion (MBE-CQEC), som hurtigt og effektivt kunne detektere og korrigere fejl fra partielle, støjende syndrommålinger. De sætter en kraftfuld klassisk computer op til at fungere som en ekstern controller (eller estimator), der estimerer fejl i kvantesystemet, filtrerer støjen perfekt fra og anvender feedback for at rette dem.

Den nye QEC-ordning er baseret på en teoretisk model, der stadig mangler at blive valideret eksperimentelt på en kvantecomputer, forklarer Dr. Borah. Det har også en vigtig begrænsning:Efterhånden som antallet af qubits i systemet stiger, bliver realtidssimulering af estimatoren eksponentielt langsommere.

"Vi arbejder på det, og vi håber, at andre i feltet også vil tage problemet op," konkluderede Dr. Borah. + Udforsk yderligere

Tilføjelse af logiske qubits til Sycamore kvantecomputer reducerer fejlfrekvensen