Kvantedatamaskiner tar et stort skritt med feilrettingsgjennombrudd

For at kvantedatamaskiner skal gå fra forskningskuriositeter til praktisk nyttige enheter, må forskere få kontroll over feilene sine. Ny forskning fra Microsoft og Quantinuum har nå tatt et stort skritt i den retningen.

Dagens kvantedatamaskiner sitter fast i "noisy intermediate-scale quantum" (NISQ)-æraen. Mens selskaper har hatt noen suksess stringing et stort antall qubits sammen, er de svært utsatt for støy som raskt kan forringe deres kvantetilstander. Dette gjør det umulig å utføre beregninger med nok trinn til å være praktisk nyttige.

Mens noen har hevdet at disse støyende enhetene fortsatt kan brukes i praksis, er konsensus at ordninger for kvantefeilkorreksjon vil være avgjørende for at det fulle potensialet til teknologien skal realiseres. Men feilretting er vanskelig i kvantedatamaskiner fordi å lese kvantetilstanden til en qubit får den til å kollapse.

Forskere har utviklet måter å omgå dette ved å bruke feilrettingskoder som sprer hver bit av kvanteinformasjon over flere fysiske qubits for å lage det som er kjent som en logisk qubit. Dette gir redundans og gjør det mulig å oppdage og korrigere feil i de fysiske qubitene uten å påvirke informasjonen i den logiske qubiten.

Utfordringen er at det inntil nylig ble antatt at det kunne ta omtrent 1,000 fysiske qubits for å lage hver logiske qubit. Dagens største kvanteprosessorer har bare rundt så mange qubits, noe som tyder på at det fortsatt var et fjernt mål å lage nok logiske qubits for meningsfulle beregninger.

Det endret seg i fjor da forskere fra Harvard og oppstartsselskapet QuEra viste at de kunne generere 48 logiske qubits fra bare 280 fysiske. Og nå har samarbeidet mellom Microsoft og Quantinuum gått et skritt videre ved å vise at de ikke bare kan lage logiske qubits, men faktisk kan bruke dem til å undertrykke feilrater med en faktor på 800 og gjennomføre mer enn 14,000 XNUMX eksperimentelle rutiner uten en eneste feil.

"Det vi gjorde her gir meg gåsehud," Microsofts Krysta Svore fortalte New Scientist. "Vi har vist at feilretting er repeterbar, den fungerer og er pålitelig."

Forskerne jobbet med Quantinuums H2 kvanteprosessor, som er avhengig av fanget-ion-teknologi og er relativt liten på bare 32 qubits. Men ved å bruke feilrettingskoder utviklet av Microsoft, var de i stand til å generere fire logiske qubits som bare opplevde en feil hver 100,000 XNUMX kjøringer.

En av de største prestasjonene, noterer Microsoft-teamet et blogginnlegg, var det faktum at de var i stand til å diagnostisere og korrigere feil uten å ødelegge de logiske qubitene. Dette er takket være en tilnærming kjent som "aktiv syndromekstraksjon" som er i stand til å lese informasjon om arten av støyen som påvirker qubits, i stedet for deres tilstand, Svore fortalte IEEE Spectrum.

Imidlertid feilrettingsordningen hadde holdbarhet. Da forskerne utførte flere operasjoner på en logisk qubit, etterfulgt av feilretting, fant de ut at feilratene i andre runde var bare halvparten av de som ble funnet i de fysiske qubitene, og i den tredje runden var det ingen statistisk signifikant effekt.

Og hvor imponerende resultatene er, påpeker Microsoft-teamet i blogginnlegget deres at å lage virkelig kraftige kvantedatamaskiner vil kreve logiske qubits som gjør feil bare én gang hver 100. million operasjoner.

Uansett markerer resultatet et massivt hopp i evner for feilretting, som Quantinuum hevdet i en pressemelding representerer begynnelsen på en ny æra innen kvanteberegning. Selv om det kan være å hoppe litt, tyder det absolutt på at folks tidslinjer for når vi skal oppnå feiltolerant kvanteberegning kanskje må oppdateres.

Bilde Credit: Quantinuum H2 kvantedatamaskin / Quantinuum