Modulární návrh kvantového procesoru ukazuje ~ 99% věrnost. Dláždí cestu pro škálovatelné kvantové výpočetní techniky.
Co mají společné dětské stavební bloky a kvantové výpočetní techniky? Odpověď je modularita.
Stavba kvantového počítače jako jediného sjednoceného zařízení se ukáže jako nesmírně obtížné. Tyto stroje závisí na manipulaci s miliony qubitů, základní jednotky kvantových informací, přesto sestavují taková obrovská čísla do jednoho systému hlavní výzvou.
Řešení? Nalezení modulárních způsobů, jak konstruovat kvantové počítače. Stejně jako se cihly hraček spojí dohromady a vytvářejí větší a složitější návrhy, mohou vědci vytvářet menší, vysoce kvalitní moduly a poté je připojit k vytvoření úplného kvantového systému.
Stavět na tomto principu, tým z Grainger College of Engineering na University of Illinois Urbana-Champaign představil vylepšenou metodu pro škálovatelné kvantové výpočty. Ukázali vysoce výkonný modulární design pro supravodivé kvantové procesory, což ukazuje, jak taková architektura může dosáhnout účinnosti i přizpůsobivosti. Publikováno v Přírodní elektronikaJejich výsledky postupují dříve přístupy a přibližují se k vytváření škálovatelných, tolerantních a rekonfigurovatelných kvantových výpočetních platforem.
Výhody oproti monolitickým návrhům
Supravodivé kvantové počítače vytvořené jako jednotlivé jednotné systémy čelí omezením jak ve velikosti, tak ve věrnosti, což určuje, jak lze spolehlivě logické operace provádět. Hodnota věrnosti jednoho představuje perfektní přesnostVědci se tedy snaží dosáhnout úrovní co nejblíže k tomuto benchmarku. Na rozdíl od těchto restriktivních monolitických návrhů nabízejí modulární architektury větší škálovatelnost, snadnější zlepšení hardwaru a odolnost vůči nesrovnalostem, což z nich činí slibnější cestu pro konstrukci kvantových sítí.
„Vytvořili jsme inženýrský způsob dosažení modularity s supravodivými qubity,“ řekl Wolfgang Pfaff, docent fyziky a vedoucí autor příspěvku. „Mohu postavit systém, který mohu spojit, a umožnit mi manipulovat se dvěma qubits společně tak, abych vytvořil operace zapletení nebo brány mezi nimi? Můžeme to udělat ve velmi vysoké kvalitě? A můžeme to také mít tak, abychom to mohli rozebrat a dát to dohromady? Obvykle to zjistíme, že se něco pokazí po tom, co budeme dohromady.“
Spojení s vysokou věrností
Vytvořením systému, kde jsou dvě zařízení spojena s supravodivými koaxiálními kabely, aby propojily qubits napříč moduly, prokázal tým PFAFF ~ 99% výměnné věrnosti brány, což představuje méně než 1% ztrátu. Jejich schopnost propojit a rekonfigurovat samostatná zařízení s kabelem při zachování vysoké kvality poskytuje nový pohled na pole při navrhování komunikačních protokolů.
„Nalezení přístupu, který funguje, pro naše pole chvíli trvalo,“ řekl Pfaff. „Mnoho skupin zjistilo, že to, co opravdu chceme, je tato schopnost sešit větší a větší věci společně prostřednictvím kabelů a zároveň dosáhnout čísel, která jsou dostatečně dobrá, aby ospravedlnila škálování. Problém byl jen nalezení správné kombinace nástrojů.“
Grainger Engineers se pohybuje vpřed a zaměří se na škálovatelnost a pokouší se spojit více než dvě zařízení dohromady a zároveň si zachovat schopnost kontrolovat chyby.
„Máme dobrý výkon,“ řekl Pfaff. „Teď to musíme vyzkoušet a říct, je to opravdu vpřed? Opravdu to dává smysl?“
Reference: „Vysoce účinná elementární síť výměnných supravodivých qubitů“ od Michaela Mollenhauera, Abdullaha Irfana, Xi Cao, Supriya Mandal a Wolfgang Pfaff, 27. června 2025, Přírodní elektronika.
Dva: 10.1038/S41928-025-01404-3
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
