“Câu lạc bộ tạp chí” của IQT là loạt bài viết hàng tuần trình bày một bài nghiên cứu công nghệ lượng tử gần đây và thảo luận về tác động của nó đối với hệ sinh thái lượng tử. Tuần này tập trung vào những vấn đề được thảo luận nhiều Giấy thiên nhiên được xuất bản bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard, MIT, Đại học Maryland/NIST và QuEra, xem xét việc sửa lỗi, “đã chứng minh thành công các cổng vướng víu hai qubit với độ chính xác 99.5% chưa từng có trên song song 60 qubit nguyên tử trung tính,” như báo chí đưa tin phát hành được công bố gần đây. 

Lĩnh vực điện toán lượng tử đang trên đà đột phá nhờ sự phát triển gần đây trong lĩnh vực sửa lỗi lượng tử và bộ xử lý lượng tử logic. Cái này Nghiên cứu mới được xuất bản bởi các nhà nghiên cứu tại một số tổ chức quan trọng nhất trong công nghệ lượng tử (MIT, Đại học Harvard, NIST/Đại học Maryland và QuEra) báo trước một bước tiến đáng kể trong việc giải quyết một trong những thách thức khó khăn nhất trong điện toán lượng tử: sửa lỗi trong các hệ thống quy mô lớn.

Tầm quan trọng của việc sửa lỗi lượng tử

Điện toán lượng tử hứa hẹn sẽ vượt trội hơn máy tính cổ điển trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp cụ thể. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa tiềm năng này trên quy mô lớn đòi hỏi tỷ lệ lỗi cổng cực kỳ thấp, mục tiêu khó đạt được bằng các thiết bị vật lý. Giải pháp nằm ở việc sửa lỗi lượng tử (QEC), bao gồm việc truyền bá thông tin của một qubit logic trên nhiều qubit vật lý dự phòng. Sự dư thừa này cho phép hệ thống duy trì tính toàn vẹn ngay cả khi một số qubit vật lý bị lỗi. Về mặt lý thuyết, điều này có nghĩa là với đủ qubit và tỷ lệ lỗi vật lý đủ thấp, một qubit logic có thể hoạt động với độ chính xác cao, mở đường cho các thuật toán quy mô lớn.

Bất chấp sự hấp dẫn về mặt khái niệm, việc triển khai QEC hữu ích trong thực tế đi kèm với những thách thức riêng. Chúng bao gồm chi phí đáng kể về số lượng qubit vật lý cần thiết và độ phức tạp của các hoạt động cổng giữa các bậc tự do logic được định vị.

Thiết lập bộ xử lý lượng tử

Nghiên cứu mới này giới thiệu một bộ xử lý lượng tử có thể lập trình để vượt qua những rào cản này. Bộ xử lý dựa trên khả năng kiểm soát mức logic đối với các qubit logic trong mảng nguyên tử trung tính có thể cấu hình lại. Nó có tới 280 qubit vật lý và thể hiện nhiều khía cạnh quan trọng khác nhau của QEC, bao gồm mở rộng quy mô thành mã lớn, khả năng chịu lỗi và triển khai các mạch phức tạp.

Kiến trúc của bộ xử lý logic này đặc biệt khéo léo. Nó được chia thành ba vùng: vùng lưu trữ để lưu trữ qubit dày đặc, vùng vướng víu để mã hóa qubit logic và hoạt động cổng và vùng đọc để đọc qubit logic hoặc vật lý giữa mạch. Thiết kế này cho phép kiểm soát hiệu quả và giảm thiểu các lỗi cổng vướng víu, điều này rất quan trọng để duy trì sự mạch lạc trong suốt quá trình tính toán.

Kết quả sửa lỗi

Một trong những thành tựu đáng chú ý của bộ xử lý này là việc trình diễn thành công cổng logic hai qubit với hiệu suất được cải thiện bằng cách mở rộng khoảng cách mã bề mặt. Nó cũng đạt được việc tạo ra các trạng thái GHZ logic có khả năng chịu lỗi (một trạng thái lượng tử đặc biệt trong đó nhiều hạt được kết nối theo cách mà trạng thái của mỗi hạt không thể được mô tả độc lập với các hạt khác, bất kể chúng cách nhau bao xa), tiếp theo dịch chuyển tức thời vướng víu và hoạt động của 40 qubit mã màu. Trong các phần trình diễn phức tạp hơn, bộ xử lý đã thực hiện các mạch lấy mẫu có tới 48 qubit logic được kết nối với siêu khối, cho thấy rằng mã hóa logic cải thiện đáng kể hiệu suất thuật toán.

Những tiến bộ này không chỉ là những thành tựu lý thuyết. Chúng đại diện cho một ứng dụng thực tế trong tính toán lượng tử sửa lỗi sớm và vạch ra đường hướng tới các bộ xử lý logic quy mô lớn. Sự phát triển này là một vấn đề lớn đối với công nghệ lượng tử vì nó cho thấy một cách khả thi để mở rộng quy mô điện toán lượng tử đồng thời quản lý lỗi một cách hiệu quả. Ý nghĩa của điều này là rất lớn, có khả năng đưa chúng ta đến gần hơn với việc hiện thực hóa máy tính lượng tử có thể giải quyết các vấn đề vượt xa tầm với của điện toán cổ điển.

Kenna Hughes-Castleberry là Biên tập viên quản lý của Inside Quantum Technology và Người truyền đạt khoa học tại JILA (sự hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Nhịp viết của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, điện toán lượng tử và AI. Tác phẩm của cô đã được giới thiệu trên tạp chí Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica, v.v.

tags:

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-look-on-simulation-of-molecular-materials/