บาคาร่าเว็บตรง นักฟิสิกส์บรรลุการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาดของ qubit ที่แก้ไขข้อผิดพลาด

บาคาร่าเว็บตรง นักฟิสิกส์บรรลุการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาดของ qubit ที่แก้ไขข้อผิดพลาด

บาคาร่าเว็บตรง ลักษณะควอนตัมของ qubits เป็นดาบสองคม แม้ว่าจะสามารถช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแก้ปัญหาที่ยากในเครื่องคลาสสิกได้ แต่ก็ถูกทำลายได้ง่ายด้วยเสียงรบกวนที่เกิดจากการโต้ตอบโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่าง qubits กับสิ่งแวดล้อม เพื่อแก้ไขภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้และสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์และปรับขนาดได้ นักฟิสิกส์กำลังพัฒนาวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดจากเสียงรบกวนนี้ เป็นครั้งแรก

ที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในสหรัฐอเมริกา

ได้นำวิธีการเหล่านี้ไปปฏิบัติโดยแสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาดของ qubit เชิงตรรกะเดียว ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ เพื่อให้เข้าใจว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดประเภทนี้ทำงานอย่างไร ลองนึกถึงครั้งสุดท้ายที่คุณแก้ไขข้อผิดพลาด ในการทำเช่นนั้น คุณได้ทำการแก้ไขข้อผิดพลาดในข้อมูลแบบคลาสสิก เนื่องจากความหมายของคำมีการเข้ารหัสด้วยตัวอักษรจำนวนมาก ไม่สำคัญว่าจะมีปริศนาอยู่ในตัวอักษรเดียวหรือไม่ คุณยังสามารถระบุคำที่ต้องการได้ การแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัมช่วยให้เราสามารถระบุและแก้ไขการพิมพ์ผิดในข้อมูลควอนตัมได้ในลักษณะเดียวกัน โดยการเข้ารหัสสถานะของหนึ่งลอจิคัล qubit (คำควอนตัม) ภายใน qubits ทางกายภาพจำนวนมาก (ตัวอักษรควอนตัม) ด้วยการดำเนินการพิเศษที่เรียกว่าการวัดความคงตัวบน qubits ทางกายภาพเหล่านี้ ระบบสามารถดึงข้อมูลเกี่ยวกับข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกิดขึ้นได้ อย่างสำคัญ โดยไม่ทำลายข้อมูลควอนตัมที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ จากข้อมูลที่ดึงออกมานี้

อย่างไรก็ตาม การแก้ไขข้อผิดพลาดเพียงอย่างเดียว

ไม่เพียงพอต่อการเปิดใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้ การตรวจตัวสะกดจะไม่เป็นผลหากมีการสับสนตัวอักษรอื่น ๆ ในกระบวนการแก้ไข เงื่อนไขสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เชื่อถือได้คือการเตรียมสถานะทางลอจิคัล การใช้ลอจิกเกต การตรวจจับข้อผิดพลาดและการแก้ไขจะต้องไม่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติมในระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการเหล่านี้ทั้งหมดต้องมีความทนทานต่อข้อผิดพลาด ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้ข้อผิดพลาดหนึ่งรายการกระจายไปทำให้เกิดข้อผิดพลาดมากขึ้น ข้อกำหนดนี้เป็นหัวใจสำคัญของงานสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ปัญหาที่เป็นประโยชน์ได้

ลดอัตราความผิดพลาด ในงานล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในNatureนักวิจัยที่นำโดยLaird Eganได้สาธิตการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาดของ qubit เชิงตรรกะเดียว ซึ่งรวมถึงขั้นตอนการเตรียมการทั้งหมด ประตูตรรกะ และการแก้ไขข้อผิดพลาด qubits ในการทดลองนี้ประกอบด้วยอิตเทอร์เบียมไอออนที่แขวนอยู่เหนือกับดักความถี่วิทยุ Paul และควบคุมด้วยลำแสงเลเซอร์แต่ละตัว นี่คือฮาร์ดแวร์ที่ IonQ สตาร์ทอัพควอนตัมคอมพิวติ้งชื่นชอบ โดยที่ Egan และผู้ทำงานร่วมกันบางคนทำงานอยู่ในขณะนี้ ข้อดีของการใช้ไอออนที่ดักจับแทนคิวบิตตัวนำยิ่งยวดซึ่งเป็นที่ชื่นชอบของบริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลายแห่ง ได้แก่ อัตราความผิดพลาดที่ต่ำกว่าและการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นระหว่างคิวบิต แม้ว่าจะมีความท้าทายในการปรับขนาดเทคโนโลยี

ภาพตัดต่อของสมาชิกในทีมแมริแลนด์และคอมพิวเตอร์ควอนตัมของพวกเขา

การเข้าถึงระยะไกลคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ติดอยู่ (ตรงกลาง) และทีมงานในรัฐแมรี่แลนด์บางคนทำงานจากที่บ้าน หลังจากตั้งค่าระบบให้ทำงานจากระยะไกลโดยสมบูรณ์เนื่องจากการแพร่ระบาดของโควิด-19 เพื่อแสดงการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาด ทีมงานใช้การเข้ารหัส 13-qubit ที่รู้จักกันในชื่อรหัส Bacon–Shor โดยมี qubits ทางกายภาพ 9 ตัวเพื่อเข้ารหัสสถานะทางลอจิคัลและสี่ qubits 

สำหรับแก้ไขข้อผิดพลาด 13 qubits เหล่านี้

ถูกจัดเรียงในสายโซ่เดียว โดยมีสอง qubits เพิ่มเติมที่ด้านใดด้านหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่ามีระยะห่างสม่ำเสมอ ด้วยระบบนี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถควบคุมสถานะของ qubit แบบลอจิคัลได้ในลักษณะที่ทนต่อข้อผิดพลาด และแก้ไขข้อผิดพลาด single-qubit ใดๆ ที่เกิดขึ้นได้ ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าอัตราข้อผิดพลาดใน qubit แบบลอจิคัลต่ำกว่าอัตราข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกันเมื่อใช้โปรโตคอลที่ไม่ทนต่อข้อผิดพลาด

ขั้นตอนสู่การทนต่อความผิดพลาดอย่างเต็มที่

Egan เรียกความสำเร็จของทีมว่า “องค์ประกอบสำคัญอย่างยิ่ง และสิ่งหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าเราใกล้จะถึงเกณฑ์ข้อผิดพลาดแล้ว ซึ่ง qubit เชิงตรรกะสามารถทำงานได้ดีกว่า qubits จริง” เขาเสริมว่า: “ไม่มีใครเชื่อว่าคุณจะสามารถบรรลุเกณฑ์นี้ได้โดยปราศจากโปรโตคอลการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ทนต่อข้อผิดพลาด และจนถึงงานนี้ ยังไม่มีใครแสดงการควบคุม qubit แบบลอจิคัลที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด”

เพื่อผ่านเกณฑ์ข้อผิดพลาดนั้น เป้าหมายต่อไปของทีมคือการรักษาสถานะควอนตัมที่ปราศจากข้อผิดพลาดเมื่อเวลาผ่านไปโดยทำการแก้ไขข้อผิดพลาดซ้ำๆ ในการทำเช่นนี้จะต้องมีการตรวจจับข้อผิดพลาดของวงจรไฟฟ้า โดยที่ไอออนในสายโซ่จะถูกแยกออกจากกันทางกายภาพ เพื่อให้สามารถวัดค่าบางส่วนได้โดยไม่กระทบกับส่วนอื่นๆ “ส่วนที่ยากคือเมื่อเราประกอบโซ่กลับเข้าด้วยกัน เราจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าไอออนไม่ร้อนขึ้นระหว่างการขนส่ง” Egan อธิบาย “และถ้าพวกมันทำ เราต้องการวิธีที่จะทำให้พวกมันเย็นลงโดยไม่ทำลาย ข้อมูลควอนตัม” ทีมงานได้ก้าวหน้าไปสู่เป้าหมายนี้โดยแสดงให้เห็นในงานอื่น ๆ ว่าการ ทำให้ ไอออนดังกล่าวเย็น ลงเป็นไปได้

ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ติดอยู่กับไอออน โดยแสดงจุดเรืองแสง (ไอออน) ที่ลอยอยู่เหนือชิป กลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพประตูใหม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนที่ติดอยู่

นักวิจัยยังหวังว่าจะแสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่ทนต่อข้อผิดพลาดระหว่างสอง qubits ในการทำเช่นนี้ พวกเขาตั้งเป้าที่จะใช้ชุดของการดำเนินการควอนตัมที่เรียกว่าลอจิคัล ควบคุม-NOT เกท ซึ่งจะพลิกสถานะของคิวบิตที่สองตามเงื่อนไขของสถานะแรก และเป็นศูนย์กลางของเกทและอัลกอริทึมอื่นๆ อีกมากมาย Egan มั่นใจว่าวิสัยทัศน์ของการควบคุมควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าคิวบิตทางกายภาพสามารถรับรู้ได้ในกับดักไอออนในอนาคตอันใกล้นี้ “ระบบไอออนต้องการการปรับปรุงเพียงเล็กน้อยเพื่อความเที่ยงตรงของเกต รวมกับการตรวจจับวงจรกลาง เพื่อให้ใช้งานได้จริงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” เขากล่าว บาคาร่าเว็บตรง