Công ty con đám mây AWS của Amazon đã phát hành tài liệu nghiên cứu đầu tiên trình bày chi tiết về kiến ​​trúc mới cho máy tính lượng tử trong tương lai, nếu được hiện thực hóa, kiến ​​trúc này có thể đặt ra tiêu chuẩn mới về sửa lỗi.

Công ty đám mây đã xuất bản một bản thiết kế mới cho một máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi, mặc dù vẫn chỉ thuần túy về mặt lý thuyết, nhưng mô tả một cách mới để kiểm soát các bit lượng tử (hoặc qubit) để đảm bảo rằng chúng thực hiện các phép tính chính xác nhất có thể.  

Bài báo có thể thu hút sự chú ý của nhiều chuyên gia đang nỗ lực cải thiện tính năng sửa lỗi lượng tử (QEC), một lĩnh vực đang phát triển song song với điện toán lượng tử nhằm tìm cách giải quyết một trong những rào cản chính cản trở việc hiện thực hóa các quy mô lớn và hữu ích. -máy tính lượng tử quy mô.

Các hệ thống lượng tử, được kỳ vọng sẽ tạo ra những bước đột phá trong các ngành công nghiệp từ tài chính đến khám phá ma túy nhờ khả năng tính toán lớn hơn theo cấp số nhân, thực tế vẫn còn tồn tại những điểm không hoàn hảo hoặc sai sót có thể làm hỏng kết quả tính toán.

XEM: Bộ công cụ tuyển dụng: Kỹ sư phần cứng máy tính (TechRepublic cao cấp)

Các khối xây dựng của máy tính lượng tử, qubit, tồn tại ở trạng thái lượng tử đặc biệt: thay vì biểu thị số XNUMX hoặc số XNUMX, giống như các bit được tìm thấy trong các thiết bị cổ điển, bit lượng tử có thể tồn tại ở cả hai trạng thái cùng một lúc. Mặc dù điều này cho phép máy tính lượng tử thực hiện nhiều phép tính cùng một lúc, nhưng qubit cũng rất không ổn định và có nguy cơ sụp đổ khỏi trạng thái lượng tử ngay khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Do đó, các phép tính được thực hiện bởi qubit trong cổng lượng tử không phải lúc nào cũng đáng tin cậy - và các nhà khoa học hiện đang tìm cách phát hiện khi nào một qubit mắc lỗi và sửa lỗi. 

“Các thuật toán lượng tử được biết là hữu ích – những thuật toán có khả năng có lợi thế vượt trội so với các thuật toán cổ điển – có thể yêu cầu hàng triệu hoặc hàng tỷ cổng lượng tử. Thật không may, các cổng lượng tử, nền tảng của thuật toán lượng tử, rất dễ mắc lỗi,” các nhà khoa học nghiên cứu Patricio Arrangoiz-Arriola và Earl Campbell của Trung tâm Điện toán Lượng tử AWS cho biết. trong một bài đăng blog. 

“Tỷ lệ lỗi này đã giảm theo thời gian, nhưng vẫn lớn hơn nhiều so với mức cần thiết để chạy các thuật toán có độ chính xác cao. Để giảm tỷ lệ lỗi hơn nữa, các nhà nghiên cứu cần bổ sung các phương pháp tiếp cận giúp giảm tỷ lệ lỗi cổng ở cấp độ vật lý bằng các phương pháp khác như QEC.”

Có nhiều cách khác nhau để thực hiện sửa lỗi lượng tử. Cách tiếp cận thông thường, được gọi là QEC hoạt động, sử dụng nhiều qubit không hoàn hảo (được gọi là 'qubit vật lý') để sửa một qubit đã được xác định là bị lỗi, nhằm khôi phục hạt về trạng thái chính xác. Qubit có thể kiểm soát được tạo ra theo cách này được gọi là 'qubit logic'.

Tuy nhiên, Active QEC tạo ra chi phí phần cứng lớn trong đó cần có nhiều qubit vật lý để mã hóa mọi qubit logic, điều này khiến việc xây dựng một máy tính lượng tử phổ quát bao gồm các mạch qubit quy mô lớn càng trở nên khó khăn hơn. 

Một cách tiếp cận khác, QEC thụ động, tập trung vào kỹ thuật một hệ thống máy tính vật lý có tính ổn định vốn có trước các lỗi. Mặc dù phần lớn công việc xung quanh QEC thụ động vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng phương pháp này nhằm mục đích tạo ra khả năng chịu lỗi nội tại có thể đẩy nhanh việc xây dựng một máy tính lượng tử với số lượng qubit lớn. 

Trong kế hoạch chi tiết mới, các nhà nghiên cứu của AWS kết hợp cả QEC chủ động và thụ động để tạo ra một máy tính lượng tử, về nguyên tắc, có thể đạt được mức độ chính xác cao hơn. Kiến trúc trình bày một hệ thống dựa trên 'trạng thái mèo' - một dạng QEC thụ động trong đó các qubit được giữ ở trạng thái chồng chất trong một bộ dao động, trong khi các cặp photon được đưa vào và trích xuất để đảm bảo trạng thái lượng tử vẫn ổn định.

Theo các nhà khoa học, thiết kế này đã được chứng minh là giúp giảm lỗi lật bit, xảy ra khi trạng thái của qubit chuyển từ XNUMX xuống XNUMX hoặc ngược lại. Nhưng để bảo vệ qubit hơn nữa khỏi các loại lỗi khác có thể phát sinh, các nhà nghiên cứu đề xuất kết hợp QEC thụ động với các kỹ thuật QEC chủ động đã biết.

Ví dụ, mã lặp lại là một phương pháp được thiết lập tốt để phát hiện và sửa lỗi trong các thiết bị lượng tử mà Arrangoiz-Arriola và Campbell đã sử dụng cùng với trạng thái mèo để cải thiện khả năng chịu lỗi trong máy tính lượng tử lý thuyết của họ.

Kết quả hứa hẹn, thách thức phía trước

Kết quả có vẻ đầy hứa hẹn: sự kết hợp giữa trạng thái mèo và mã lặp lại đã tạo ra một kiến ​​trúc trong đó chỉ hơn 2,000 thành phần siêu dẫn được sử dụng để ổn định có thể tạo ra một trăm qubit logic có khả năng thực thi một nghìn cổng. 

Arrangoiz-Arriola và Campbell cho biết: “Điều này có thể phù hợp với một tủ lạnh pha loãng duy nhất sử dụng công nghệ hiện tại hoặc tương lai gần và sẽ vượt xa những gì chúng ta có thể mô phỏng trên một máy tính cổ điển”.

Tuy nhiên, trước khi kiến ​​trúc lý thuyết do các nhà nghiên cứu đề xuất hình thành như một thiết bị vật lý, vẫn còn một số thách thức. Ví dụ, trạng thái của mèo đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm trong các thí nghiệm chứng minh khái niệm trước đây, nhưng chúng vẫn chưa được sản xuất ở quy mô hữu ích. 

Tuy nhiên, bài báo gợi ý rằng AWS đang chuẩn bị cho điện toán lượng tử, khi các hãng công nghệ lớn ngày càng tham gia vào cuộc đua về lượng tử.

IBM gần đây tiết lộ một lộ trình hướng tới hệ thống 1,121 qubit cho năm 2023 và hiện đang hoạt động trên bộ xử lý 127 qubit. Chip Sycamore 54 qubit của Google đã gây chú ý vào năm 2019 để đạt được ưu thế lượng tử; và Microsoft gần đây đã thực hiện hệ sinh thái lượng tử dựa trên đám mây, Azure Quantum, có sẵn để công chúng xem trước.

Về phần mình, Amazon đã ra mắt dịch vụ do AWS quản lý có tên Amazon Braket, cho phép các nhà khoa học, nhà nghiên cứu và nhà phát triển thử nghiệm với máy tính từ các nhà cung cấp phần cứng lượng tử, chẳng hạn như D-Wave, IonQ và Rigetti. Tuy nhiên, công ty vẫn chưa xây dựng được máy tính lượng tử của riêng mình. 

Coinsmart. Đặt cạnh Bitcoin-Börse ở Europa
Nguồn: https://www.zdnet.com/article/aws-reveals-a-new-method-to-build-a-more-accurate-quantum-computer/#ftag=RSSbaffb68