Một nhóm các nhà nghiên cứu tại đại học Yale đã có thể quan sát và sửa lỗi trong thời gian thực khi chúng xảy ra trong một hệ thống lượng tử, lưu giữ thông tin lâu hơn gấp đôi so với thời gian lưu trữ khác.

Điện toán lượng tử sử dụng một số hệ vật lý nhất định, chẳng hạn như mạch siêu dẫn, nguyên tử, ion hoặc photon, để thực hiện các phép tính quá khó đối với máy tính cổ điển. Tuy nhiên, các trạng thái lượng tử rất mong manh và dễ bị nhiễu, khiến chúng khó duy trì. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều phương pháp khác nhau để sửa những lỗi này khi chúng xảy ra; tuy nhiên, tất cả đều đi kèm với những thách thức đáng kể về phần cứng.

Thông tin lượng tử thường được lưu trữ dưới dạng qubit, sử dụng các hệ thống lượng tử có thể ở trạng thái “chồng chất” của hai trạng thái khác nhau cùng một lúc, chẳng hạn như một photon có hai trạng thái phân cực khác nhau. Tất cả các sơ đồ sửa lỗi cần sử dụng thông tin bổ sung trong hệ thống, vì thông tin này được sử dụng để thông báo cho người quan sát rằng đã xảy ra lỗi và cung cấp thông tin chi tiết được sử dụng để sửa chúng. Các sơ đồ này có thể sử dụng các trạng thái bổ sung trong cùng một hệ thống lượng tử lưu trữ qubit, chẳng hạn như các mức năng lượng bổ sung hoặc chúng có thể kết hợp một số qubit lại với nhau.

Tối ưu hóa thử nghiệm

Đội, dẫn đầu bởi Michel Devoret, đã sử dụng phương pháp cũ, sử dụng mã hóa qubit được gọi là mã GKP (Gottseman-Kitaev-Preskill). Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng ánh sáng giới hạn trong một khoang nhôm, được kết nối với chip sapphire có qubit siêu dẫn (được gọi là “transmon”). Khoang được sử dụng làm hệ thống chính để lưu trữ thông tin lượng tử, được điều khiển bởi transmon.

Để đánh giá chính xác sự cải thiện đạt được bằng cách sử dụng tính năng sửa lỗi, thời gian tồn tại của qubit phải được so sánh với thời gian sử dụng chưa được hiệu chỉnh của các qubit tiềm năng khác trong hệ thống. Điều này có thể là sử dụng chính transmon hoặc sử dụng khoang như một hệ thống hai cấp đơn giản (thay vì chuẩn bị trạng thái GKP đầy đủ), có thời gian tồn tại lâu nhất là 800 µs. Thời gian tồn tại kéo dài của qubit GKP đo được sau khi sửa lỗi là 1.82 ms, cải thiện 2.27 lần.

Mỗi chu kỳ đo và sửa lỗi mất 10 µs, yêu cầu phần cứng hiện đại. Để tối ưu hóa các tham số thử nghiệm, nhóm đã sử dụng một hệ thống máy học để chọn, ví dụ, số lượng photon trung bình được sử dụng khi thực hiện các hoạt động.

Số lượng photon thấp hơn đã được chọn, giúp tăng thời gian cho các quy trình này, nhưng giảm khả năng xảy ra các lỗi khó sửa hơn. Tối ưu hóa như thế này có thể là một công cụ có giá trị để giải quyết sự phức tạp của các thử nghiệm trong tương lai khi chọn tham số.

Đột phá trong sửa lỗi lượng tử có thể dẫn đến máy tính lượng tử quy mô lớn

Như tác giả chính Volodymyr Sivak, hiện là nhà khoa học nghiên cứu tại Google, giải thích, “các thử nghiệm khác thường theo dõi lỗi, nhưng không can thiệp để sửa nó”. Như một minh chứng thực nghiệm rằng thực sự có thể kéo dài thời gian tồn tại của trạng thái lượng tử bằng cách sử dụng sửa lỗi, đây là một cột mốc quan trọng đối với điện toán lượng tử, theo Sivak, “để chỉ ra rằng không có trở ngại cơ bản nào đối với việc sửa lỗi lượng tử, điều đó nó thực sự có thể xảy ra trong thế giới thực chứ không chỉ trên giấy”.

Các sơ đồ sửa lỗi khác yêu cầu nhiều qubit, các qubit này cần phải vượt qua một ngưỡng chất lượng nhất định trước khi chúng có thể được kết hợp để giảm lỗi tổng thể. Công việc trong tương lai có thể liên quan đến việc sử dụng qubit GKP, chẳng hạn như qubit được giới thiệu trong công việc này làm “qubit cơ sở” cho các kỹ thuật này, mặc dù như Sivak lưu ý, điều này “sẽ mất một thời gian”.

Nghiên cứu được mô tả trong Thiên nhiên.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/real-time-error-correction-extends-the-lifetime-of-quantum-information/