Các nhà nghiên cứu của Google đã thử nghiệm thành công phương pháp sửa lỗi với bộ xử lý Sycamore của công ty.
Các nhà nghiên cứu của Google đã chứng minh rằng, tùy thuộc vào một số điều kiện nhất định, tính năng sửa lỗi hoạt động trên bộ xử lý lượng tử Sycamore của công ty và thậm chí có thể mở rộng theo cấp số nhân, đây là một bước nữa để xây dựng một máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi.
Bước đột phá này có khả năng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học đang nghiên cứu về sửa lỗi lượng tử, một lĩnh vực không liên quan đến số lượng qubit mà là chất lượng qubit.
Mặc dù việc tăng số lượng qubit được hỗ trợ bởi máy tính lượng tử thường được coi là yếu tố chính trong mở khóa sức mạnh tính toán chưa từng có của công nghệ lượng tử, điều quan trọng không kém là đảm bảo rằng các qubit đó hoạt động theo cách cho phép tạo ra kết quả đáng tin cậy, không có lỗi.
Đây là ý tưởng làm nền tảng cho khái niệm máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi, nhưng việc sửa lỗi lượng tử vẫn còn ở giai đoạn rất sớm. Hiện tại, các nhà khoa học vẫn đang vật lộn để kiểm soát và điều khiển một số qubit mà họ đang xử lý, do bản chất cực kỳ không ổn định của các hạt, nghĩa là các tính toán lượng tử vẫn còn nhiều lỗi.
Theo Google, hầu hết các ứng dụng sẽ yêu cầu tỷ lệ lỗi thấp tới 10^-15; so sánh, các nền tảng lượng tử hiện đại nhất hiện có tỷ lệ lỗi trung bình gần 10^-3.
Một giải pháp bao gồm cải thiện độ ổn định vật lý của qubit, nhưng các nhà khoa học đang ngày càng ưu tiên một phương pháp giải quyết thay thế, trong đó có thể phát hiện và sửa lỗi trực tiếp trong bộ xử lý lượng tử.
Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách phân phối dữ liệu lượng tử trên nhiều qubit khác nhau và sử dụng các qubit bổ sung để theo dõi thông tin đó, xác định và sửa lỗi khi chúng xảy ra. Nhóm qubit tổng thể, được sửa lỗi tạo thành một cụm duy nhất được gọi là “qubit logic”.
Được gọi là mã ổn định, phương pháp này về cơ bản xen kẽ các qubit dữ liệu với các qubit đo lường có thể biến các nhiễu loạn không mong muốn của trạng thái qubit dữ liệu thành lỗi, sau đó có thể được bù nhờ phần mềm cụ thể.
Google cho biết, mặc dù về mặt lý thuyết, các nguyên tắc của mã ổn định đã được áp dụng cho các nền tảng khác nhau, nhưng phương pháp này chưa được chứng minh là có thể mở rộng quy mô trong các hệ thống lớn, cũng như chưa được chứng minh là có thể chịu được nhiều vòng sửa lỗi.
Các nhà nghiên cứu của gã khổng lồ quảng cáo bắt đầu thử nghiệm mã ổn định với bộ xử lý lượng tử Sycamore của công ty, bắt đầu với một cụm qubit logic được tạo thành từ năm qubit được liên kết trong chuỗi một chiều. Các qubit xen kẽ giữa đóng vai trò là qubit dữ liệu và qubit đo lường được giao nhiệm vụ phát hiện lỗi.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc tăng kích thước của cụm sẽ giảm sai số theo cấp số nhân. Nhóm đã thử nghiệm phương pháp này với nhiều kích cỡ qubit logic khác nhau, đạt đến cụm tối đa 21 qubit, được phát hiện là giảm lỗi logic hơn 100 lần so với các cụm chỉ gồm XNUMX qubit. Nói cách khác, qubit logic càng lớn thì khả năng sửa lỗi càng tốt.
Điều này rất quan trọng vì các máy tính lượng tử thực tế dự kiến sẽ yêu cầu ít nhất 1,000 qubit sửa lỗi cho mỗi qubit logic. Do đó, việc chứng minh rằng các phương pháp sửa lỗi có thể mở rộng quy mô là nền tảng cho sự phát triển của một máy tính lượng tử hữu ích.
Google cũng nhận thấy rằng tỷ lệ loại bỏ lỗi vẫn ổn định ngay cả sau 50 vòng sửa lỗi – một “phát hiện quan trọng” về tính khả thi của sửa lỗi lượng tử, công ty cho biết.
Tất nhiên, vẫn còn những hạn chế lớn đối với thử nghiệm. Các máy tính lượng tử hiện tại có thể hỗ trợ ít hơn 100 qubit – ví dụ, Sycamore có 54 qubit – nghĩa là không thể thử nghiệm phương pháp với 1,000 qubit cần thiết cho các ứng dụng thực tế.
Và ngay cả khi 21 qubit là đủ để tạo ra một qubit logic hữu ích, bộ xử lý của Google sẽ chỉ có khả năng hỗ trợ hai trong số các qubit logic đó, vẫn còn xa mới đủ để sử dụng trong các ứng dụng thực tế. Do đó, các kết quả của Google cho đến nay vẫn là một bằng chứng về khái niệm.
Ngoài ra, các nhà khoa học nhấn mạnh rằng tỷ lệ lỗi cao vốn có của qubit có khả năng trở thành vấn đề. Trong các thử nghiệm của nhóm, 11% số lần kiểm tra đã phát hiện ra lỗi, nghĩa là các công nghệ sửa lỗi sẽ phải cực kỳ hiệu quả để bắt và sửa mọi nhiễu loạn trong các thiết bị có nhiều qubit hơn hàng nghìn lần.
Các nhà nghiên cứu cho biết: “Những minh chứng thử nghiệm này cung cấp nền tảng để xây dựng một máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi có thể mở rộng với các qubit siêu dẫn. “Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức trên con đường hướng tới việc sửa lỗi lượng tử có thể mở rộng.”
Vẫn là những phát hiện của Google đã mở ra cơ hội cho nhiều nghiên cứu và thử nghiệm hơn trong một lĩnh vực ngày càng bận rộn.
Ví dụ, đầu năm nay, AWS, công ty con về đám mây của Amazon đã phát hành bài báo nghiên cứu đầu tiên mô tả chi tiết kiến trúc mới cho máy tính lượng tử với mục tiêu thiết lập một tiêu chuẩn mới để sửa lỗi.
Phương pháp của AWS dựa trên cách tiếp cận tương tự với phương pháp của Google, nhưng được kết hợp với thiết kế bộ xử lý có thể làm giảm khả năng chuyển trạng thái của qubit, theo cách được coi là bản thiết kế cho một máy tính lượng tử chính xác hơn.
PlatoAi. Web3 được mô phỏng lại. Khuếch đại dữ liệu thông minh.
Nhấn vào đây để truy cập.
