Ученый из Сиднейского университета добился того, что один инсайдер квантовой индустрии назвал «нечто, что многие исследователи считали невозможным».
Доктор Бенджамин Браун из Школы физики разработал тип кода для исправления ошибок для квантовых компьютеров, который высвободит больше аппаратных средств для выполнения полезных вычислений. Он также предлагает подход, который позволит таким компаниям, как Google и IBM, разрабатывать лучшие квантовые микрочипы.
Он сделал это, применив уже известный код, работающий в трех измерениях, к двумерной структуре.
«Хитрость заключается в том, чтобы использовать время в качестве третьего измерения. Я использую два физических измерения и добавляю время в качестве третьего измерения», - сказал доктор Браун. «Это открывает возможности, которых у нас не было раньше».
Его исследование опубликовано сегодня в Science Advances.
"Это немного похоже на вязание", - сказал он. «Каждый ряд похож на одномерную линию. Вы вяжете ряд за рядом из шерсти, и со временем получается двухмерная панель материала».
Отказоустойчивые квантовые компьютеры
Уменьшение ошибок в квантовых вычислениях - одна из самых больших задач, стоящих перед учеными, прежде чем они смогут построить машины, достаточно большие для решения полезных задач.
«Поскольку квантовая информация настолько хрупка, она производит много ошибок», - сказал доктор Браун, научный сотрудник Института нанотехнологий Сиднейского университета.
Полное устранение этих ошибок невозможно, поэтому цель состоит в том, чтобы разработать «отказоустойчивую» архитектуру, в которой полезные операции обработки намного перевешивают операции по исправлению ошибок.
Ваш мобильный телефон или ноутбук будет выполнять миллиарды операций в течение многих лет, прежде чем одна ошибка вызовет пустой экран или какой-либо другой сбой. Текущим квантовым операциям повезло, что на каждые 20 операций приходится менее одной ошибки - и это означает миллионы ошибок в час», - сказал доктор Браун, который также занимает должность в Центре передового опыта ARC по инженерным квантовым системам.
"Очень много пропущенных стежков."
Большинство строительных блоков в современных экспериментальных квантовых компьютерах - квантовые биты или кубиты - заняты «накладными расходами» исправления ошибок.
Мой подход к подавлению ошибок заключается в использовании кода, который работает на поверхности архитектуры в двух измерениях. В результате это освобождает большую часть оборудования от исправления ошибок и позволяет ему работать дальше. полезными вещами, - сказал доктор Браун.
Доктор Наоми Никерсон - директор отдела квантовой архитектуры в PsiQuantum в Пало-Альто, Калифорния, и не имеет отношения к исследованию. Она сказала: «Этот результат устанавливает новый вариант выполнения отказоустойчивых вентилей, который потенциально может значительно сократить накладные расходы и приблизить практические квантовые вычисления».
Путь к универсальным вычислениям
Стартапы вроде PsiQuantum, а также крупные технологические фирмы Google, IBM и Microsoft лидируют в разработке крупномасштабных квантовых технологий. Крайне необходимо найти коды исправления ошибок, которые позволят масштабировать их машины.
Доктор Майкл Беверланд, старший научный сотрудник Microsoft Quantum, также не связанный с исследованием, сказал: «В этой статье исследуется захватывающий, экзотический подход к выполнению отказоустойчивых квантовых вычислений, указывающий путь к потенциальному достижению универсальных квантовых вычислений. в двух пространственных измерениях без необходимости дистилляции, что многие исследователи считали невозможным."
Двумерные коды, которые существуют в настоящее время, требуют того, что доктор Беверленд называет дистилляцией, точнее известной как «дистилляция магического состояния». Именно здесь квантовый процессор сортирует многочисленные вычисления и извлекает полезные из них.
Это потребляет много вычислительного оборудования, просто подавляя ошибки.
«Я применил мощь трехмерного кода и адаптировал его к двумерной структуре», - сказал доктор Браун.
Доктор Браун был занят в этом году. В марте он опубликовал статью в ведущем физическом журнале Physical Review Letters вместе с коллегами из EQUS и Сиднейского университета. В ходе этого исследования он и его коллеги разработали декодер, который выявляет и исправляет больше ошибок, чем когда-либо прежде, установив мировой рекорд по исправлению ошибок.
«Выявление наиболее распространенных ошибок - это еще один способ высвободить больше вычислительной мощности для полезных вычислений», - сказал доктор Браун.
Профессор Стивен Бартлетт является соавтором этой статьи и возглавляет исследовательскую группу по теории квантовой информации в Сиднейском университете.
«Наша группа в Сиднее очень сосредоточена на том, чтобы выяснить, как мы можем масштабировать квантовые эффекты, чтобы они могли питать крупномасштабные устройства», - сказал профессор Бартлетт, который также является заместителем декана по исследованиям на факультете естественных наук..
"Работа доктора Брауна показала, как сделать это для квантового чипа. Этот тип прогресса позволит нам перейти от небольшого количества кубитов к очень большому количеству и построить сверхмощные квантовые компьютеры, которые будут решать большие проблемы завтрашнего дня."