Amazon Web Services (AWS) telah meluncurkan prototipe Komputasi kuantum Chip yang merupakan yang pertama di dunia yang dilengkapi dengan “qubit” yang tahan kucing terhadap kesalahan: unit dasar informasi komputer kuantum yang terinspirasi oleh yang terkenal Kucing Schrödinger Eksperimen Mental.
Dia Unit pemrosesan kuantum (QPU), disebut “Ocelot”, termasuk lima qubit data, atau qubit kucing, untuk menyimpan informasi; Lima sirkuit redaman yang terbuat dari superkonduktor tontalum untuk menstabilkan qubit kucing; dan empat qubit tambahan untuk mendeteksi kesalahan yang terjadi selama pemrosesan data.
Komponen internal ini dibagi menjadi dua microchip silikon terintegrasi yang berukuran sekitar 0,16 inci persegi (1 sentimeter persegi), yang membuat perangkat ini cukup kecil agar pas di ujung jari Anda.
Arsitektur baru ini dirancang untuk secara signifikan mengurangi biaya dan energi yang diperlukan untuk mengurangi kesalahan yang terjadi secara alami di komputer kuantum: seorang ilmuwan tantangan masih berusaha menemukan solusi (dengan kemajuan yang dibuat dalam a Februari 2024 Belajar dan lainnya di April tahun laluantara lain).
Secara signifikan, para peneliti mengatakan teknologi baru dapat secara eksponensial mengurangi kesalahan karena lebih banyak qubit ditambahkan ke versi chip di masa depan. Mereka menggambarkan temuan mereka dalam studi baru yang diterbitkan pada 26 Februari di majalah Alam.
Menurunkan noise kuantum
Karena qubit secara inheren “berisik”, yang berarti bahwa mereka peka terhadap getaran, panas, gangguan elektromagnetik dan radiasi ruang, jauh lebih rentan gagal daripada bit klasik. Tingkat kesalahan BIT klasik adalah 1 dalam 1 juta juta, dibandingkan dengan sekitar 1 dari 1.000 dalam qubit. Laju kesalahan yang jauh lebih tinggi ini sering menyebabkan keruntuhan setiap tumpang tindih kuantum dari perhitungan dan kegagalan saat perhitungan kuantum dilakukan.
Dua jenis kesalahan adalah kesalahan bit-Fle, di mana probabilitas pengukuran 0 menjadi probabilitas pengukuran 1; dan kesalahan volting fase, di mana qbit berputar 180 derajat pada sumbu vertikal. Bit kesalahan flip mempengaruhi kedua bit dan qubit, sedangkan kesalahan fase-tidak hanya mempengaruhi qubit. Kebutuhan untuk memperbaiki kedua jenis kesalahan dalam sistem kuantum membutuhkan sumber daya yang signifikan dibandingkan dengan koreksi kesalahan dalam komputasi klasik.
Karena itu, para ilmuwan mengatakan bahwa komputer kuantum akan membutuhkan jutaan qubit sebelum mendekati “Supremasi kuantum” – Apa yang tidak mungkin dalam hal ruang fisik, energi, dan sumber daya yang diperlukan untuk membangun dan melaksanakan mesin hipotetis seperti itu. Itulah sebabnya lebih banyak penelitian berfokus pada pengembangan chip yang andal yang terintegrasi dengan teknologi koreksi kesalahan.
“Logis qubit”, yang dibentuk oleh beberapa qubit fisik yang menyimpan informasi yang sama untuk menyebarkan titik kegagalan, adalah metode koreksi kesalahan dominan. Namun, para peneliti AWS mengatakan bahwa tanpa perbaikan lebih lanjut dalam perangkat keras, pendekatan saat ini memiliki biaya yang sangat besar dan mahal, karena mereka akan membutuhkan ribuan qubit fisik untuk membentuk chbit logis yang mampu mencapai tingkat kesalahan yang rendah.
Ocelot, bagaimanapun, mengadopsi Kucing Berhenti Desain yang dikembangkan oleh startup Prancis Alice & Bob. Nama percobaan pemikiran terkenal dari Schrödinger Cat, qubit ini dirancang sedemikian rupa sehingga secara inheren tahan terhadap kesalahan bit.
Mengambil keuntungan dari ‘qbits kucing’ baru
Tidak seperti qubit superkonduktif konvensional yang digunakan dalam mesin yang dibangun oleh selera IBM Dan Google yang dapat mencapai tumpang tindih 1 dan 0, Qubit kucing Anda dapat mencapai tumpang tindih ganda dari dua keadaan kuantum secara bersamaan. Ilmuwan Alice & Bob menggambarkan bagaimana teknologi ini bekerja di a Peta jalan dan kertas putih Diposting di 2024.
CAT QITB menggunakan kuantum tumpang tindih dari keadaan amplitudo klasik dan fase yang ditentukan dengan baik untuk menyandikan informasi. Gunakan partikel bosonik khusus untuk menyandikan data; dalam hal ini, foton atau partikel cahaya.
Semakin banyak energi sistem dipompa, semakin banyak foton membuat dan dapat mengakses lebih banyak amplitudo atau osilator, yang lebih baik melindungi informasi kuantum. Meningkatkan jumlah foton dalam osilator dapat membuat laju kesalahan bit-voltea secara eksponensial lebih kecil, kata para ilmuwan. Ini berarti bahwa, untuk mengurangi tingkat kesalahan, tidak perlu meningkatkan jumlah qbito; Sebaliknya, Anda harus meningkatkan energi osilator.
Eksperimen sebelumnya dalam dekade terakhir telah menunjukkan potensi qubit kucing dalam demonstrasi qbit tunggal, termasuk studi dari tim yang berbeda di 2015 Dan satu baru -baru ini Mei 2024. Sebuah studi yang diterbitkan di Januari Tahun ini ia juga menggambarkan pendekatan koreksi kesalahan yang diilhami oleh kucing Schrödinger. Namun, AWS Ocellot adalah contoh pertama dari banyak kasta terintegrasi multipel yang terintegrasi dalam chip yang dibangun menggunakan metode manufaktur yang ada.
Dalam studi baru, para ilmuwan menunjukkan pengukuran yang dilakukan dengan ocelot yang menunjukkan bahwa kesalahan menggigit diekspresikan secara eksponensial pada tingkat qbit fisik, sementara kesalahan fase fase dikoreksi menggunakan kode koreksi kesalahan paling sederhana, yang dikenal sebagai kode pengulangan. Pintu-pintu antara qubit kucing dan qubit koreksi kesalahan juga efektif untuk mendeteksi kesalahan volley fase-fase, sambil menjaga kekuatan qubit kucing untuk melindungi terhadap kesalahan bit-volting.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu belokan bit mendekati 1 detik, sekitar 1.000 kali lebih lama dari masa manfaat superkonduktor konvensional. Ini dicapai dengan menggunakan empat foton, memungkinkan waktu fase fase yang diukur dalam lusinan mikrodetik, yang cukup untuk koreksi kesalahan kuantum.
Kemudian, para ilmuwan menguji sistem untuk menentukan seberapa efektif arsitektur ini bisa berperilaku sebagai qbit logis. Total tingkat kesalahan logis adalah 1,72% ketika menjalankan kode dalam tiga qubit Cat, dibandingkan 1,65% saat menggunakan lima qubit Cat. Dengan total sembilan qubit (lima kucing dan empat koreksi kesalahan), mereka mencapai tingkat kesalahan yang sebanding dengan sistem dengan 49 qubit fisik.
Komputasi kuantum yang dapat diskalakan
Para ilmuwan memperkirakan bahwa penggunaan arsitektur di Oilot, komputer kuantum di masa depan dengan “dampak sosial transformatif” hanya membutuhkan sepersepuluh sumber daya yang seharusnya diperlukan dengan pendekatan standar untuk koreksi kesalahan kuantum.
“Versi OLLOT di masa depan sedang dikembangkan yang akan menghasilkan tingkat kesalahan logis secara eksponensial, diaktifkan baik dengan peningkatan kinerja komponen dan dengan peningkatan jarak kode,” rekan penulis penelitian, Fernando BrandãoProfesor Fisika Teoritis Caltech, dan Pelukis OskarProfesor Fisika Terapan di Caltech, katanya dalam a Posting blog teknis. “Kode yang disesuaikan dengan kebisingan yang bias, seperti kode pengulangan yang digunakan dalam oelot, dapat secara signifikan mengurangi jumlah qubit fisik yang diperlukan,” kata mereka.
“Kami percaya bahwa arsitektur Ollot, dengan pendekatan perangkat keras yang efisien terhadap koreksi kesalahan, memposisikan kami dengan baik untuk mengatasi fase komputasi kuantum berikut: belajar memanjat,” tambah Brandão dan Painter. “Skala menggunakan pendekatan perangkat keras yang efisien akan memungkinkan kita untuk mencapai komputer kuantum yang dikoreksi dengan kesalahan yang lebih cepat dan menguntungkan yang menguntungkan masyarakat.”
