AWS uvádí na trh „Ocelot“ Quantum procesor – čip inspirovaný Schrödingerovou kočkou, která exponenciálně koriguje chyby s měřítkem
Amazon Web Services (AWS) spustil prototyp kvantové výpočetní techniky Čip, který je první na světě, který byl vybaven „kočičími qubity odolnými vůči chybám-základní jednotky kvantových výpočetních informací inspirovaných slavným Schrödingerova kočka myšlenkový experiment.
The jednotka pro zpracování kvantu (QPU), s názvem „Ocelot“, zahrnuje pět dat qubits nebo kočičí qubits pro ukládání informací; Pět obvodů vyrovnávacích pamětí vyrobených ze supeconductor tantalum pro stabilizaci qubitů kočky; a čtyři další qubits pro detekci chyb, ke kterým dochází během zpracování dat.
Tyto vnitřní komponenty jsou rozděleny do dvou integrovaných křemíkových mikročipů, které každý měří zhruba 0,16 čtverečních palců (1 čtvereční centimetr), takže zařízení je dostatečně malé, aby se vešly na špičku prstu.
Nová architektura je navržena tak, aby výrazně snižovala náklady a energii potřebné ke snižování chyb, které se přirozeně vyskytují v kvantových počítačích – vědci se stále snaží najít řešení (s pokrokem dosaženým v a Únor 2024 studium a další v Duben loňského rokumimo jiné).
Významné vědci uvedli, že nová technologie by mohla exponenciálně snížit chyby, protože do budoucích verzí čipu se přidává více qubitů. Nastínili svá zjištění v nové studii zveřejněné 26. února v časopise Příroda.
Odmítnutí kvantového šumu
Protože qubits jsou ze své podstaty „hlučné“ – což znamená, že jsou citlivé na poruchy vibrací, tepla, elektromagnetického rušení a záření z prostoru – jsou mnohem náchylnější k selhání než klasické bity. Míra chyb u klasických bitů je 1 z 1 milionu milionů, oproti zhruba 1 z 1 000 v qubits. Tato mnohem vyšší míra chyb často vede ke kolapsu jakékoli kvantové superpoziční střední výpočty a selhání při provádění kvantových výpočtů.
Dva typy chyb jsou chyby bit-flip, kde se pravděpodobnost měření 0 stává pravděpodobností měření 1; a chyby fázového rozlišení, kde se qubit otáčí o 180 stupňů na své svislé ose. Chyby bit-flip ovlivňují jak bity, tak qubits, zatímco chyby fázového rozlišení ovlivňují pouze qubits. Potřeba opravit oba typy chyb v kvantových systémech vyžaduje významné zdroje ve srovnání s korekcí chyb v klasickém výpočtu.
Z tohoto důvodu vědci říkají, že kvantový počítač bude potřebovat miliony qubits, než se přiblíží k dosažení “Kvantová nadřazenost„ – což by bylo nemožné z hlediska fyzického prostoru, energie a zdrojů potřebných k vytvoření a provozování takového hypotetického stroje. Proto se více výzkumu zaměřuje na budování spolehlivých qubits integrovaných s technologiemi korekce chyb.
„Logické qubits“-které jsou tvořeny více fyzickými qubity, které ukládají stejné informace pro šíření bodů selhání-jsou převládající metoda korekce chyb. Vědci AWS však tvrdí, že bez dalšího vylepšení hardwaru přicházejí současné přístupy s obrovskými a neúspěšnými náklady, protože by potřebovaly tisíce fyzických qubitů, aby vytvořily jeden logický qubit schopný dosáhnout nízké míry chyb.
Ocelot však přijímá Kočka Qubit Design vyvinutý francouzským startupem Alice & Bob. Tento qubit, pojmenovaný po slavném experimentu Schrödingerovy kočky, je navržen tak, že je ze své podstaty odolný vůči chybám bit-flip.
Klepnutím na nové „kočičí qubits“
Na rozdíl od konvenčních supravodivých qubitů používaných ve strojích postavených podobně jako IBM a Google které mohou dosáhnout superpozice 1 a 0, Kočičí qubits může dosáhnout dvojité superpozice dvou kvantových stavů současně. Vědci Alice a Bob nastínili, jak tato technologie funguje v a plán a bílý papír Publikováno v roce 2024.
Kočičí qubit používá k kódování informací kvantovou superpozici klasických stavů dobře definované amplitudy a fáze. Používá bosonické částice konkrétně k kódování dat – v tomto případě, v tomto případě, fotony nebo částice světla.
Čím více energie je do systému čerpáno, tím více fotonů se vytváří a je k dispozici více amplitud nebo stavů oscilátoru, což lépe chrání kvantové informace. Vědci uvedli, že zvýšení počtu fotonů v oscilátoru může být rychlost chyb bit-flip exponenciálně menší. To znamená, že ke snížení míry chyb nemusíte zvyšovat počet qubit; Spíše musíte zvýšit energii oscilátoru.
Předchozí experimenty za poslední desetiletí ukázaly potenciál kočičí qubits v demonstracích s jedním qubit, včetně studie od jiného týmu v 2015 A jeden teprve jako Květen 2024. Studie zveřejněná v leden Letos také nastínil přístup k opravě chyb, který byl inspirován Schrödingerovou kočkou. Ocelot AWS je však prvním příkladem koherentního multi-cat qubitova systému integrovaného do čipu vytvořeného pomocí stávajících metod výroby.
V nové studii vědci prokázali měření provedená s Ocelot, která ukazují, že chyby bit-flip jsou exponenciálně potlačeny na úrovni fyzické qubit, zatímco chyby fázového rozlišení jsou opraveny pomocí nejjednoduššího kódu opravu chyb, známého jako opakovací kód. Brány mezi qubity kočkou a qubity opravujícími chyby jsou také účinné při detekci chyb fázového rozlišení a zároveň zachovávají sílu kočičí qubits, aby chránily před chybami bit-flip.
Výsledky ukázaly, že časy bit-flip se blíží 1 sekundu-zhruba 1 000krát delší než životnost konvenčních supravodivých qubits. Toho bylo dosaženo pomocí čtyř fotonů, což umožnilo časy fázového rozlišení měřené v desítkách mikrosekund, což je dostatečné pro korekci kvantové chyby.
Vědci poté testovali systém, aby určili, jak efektivní by se tato architektura mohla chovat jako logický qubit. Celková logická chybová míra byla 1,72% při spuštění kódu na třech kočkách, oproti 1,65% při použití pěti kočičích qubits. S devíti qubits celkem (pět kočka a čtyři korekce chyb) zasáhly míry chyb srovnatelné se systémem se 49 fyzickými qubits.
Škálovatelné kvantové výpočty
Vědci odhadují, že použití architektury v Ocelot, budoucí kvantové počítač s „transformativním společenským dopadem“ potřebuje jen jednu desetinu zdrojů, které by jinak byly potřebné se standardními přístupy k korekci kvantové chyby.
„Vyvíjejí se budoucí verze Ocelot, které exponenciálně sníží logické chybovosti, což je umožněno zlepšením výkonu komponent a zvýšením kódové vzdálenosti,“ spoluautoři studie, Fernando BrandãoCaltech profesor teoretické fyziky a Oskar Painterprofesor aplikované fyziky v Caltech, řekl v a Technický blogový příspěvek. „Kódy přizpůsobené zkreslenému šumu, jako je opakovací kód používaný v Ocelotu, mohou výrazně snížit počet požadovaných fyzických qubitů,“ uvedli.
„Věříme, že Ocelotova architektura, s jeho hardwarovým přístupem k korekci chyb, nás dobře postaví, abychom řešili další fázi kvantového počítače: učení, jak škálovat,“ dodal Brandão a Painter. „Měřítko pomocí hardwarového efektivního přístupu nám umožní dosáhnout rychlejšího a nákladově efektivněji kvantového počítače korigovaného chyby, který prospívá společnosti.“
