Японские инновации для надежных и масштабируемых квантовых компьютеров

Путь к разработке функциональных и надежных квантовых компьютеров был почти непреодолимым препятствием в течение многих лет: хрупкость кубитов. Эти фундаментальные элементы квантовых информационных технологий чрезвычайно нестабильны, что приводит к какой -либо короткой хирургии или даже их простую измерение вызывает серьезные ошибки.

Новое открытие от Институт науки в Токио Похоже, что меняет данные как группу исследователь Он представил инновационный код исправления ошибок, способный эффективно работать даже в системах с сотнями тысяч кубитов.

Эта новость приближается к видению создания квантовых компьютеров с миллионами рациональных кубитов, что до недавнего времени казалось невозможным. Лидер исследования, Кента КасаиДоцент института, объясняет, что его команда разработала новую категорию LDPC (Проверка паритета с низкой плотностью). Эти коды предназначены для приближения к теоретическому пределу максимальной эффективности в коррекции квантовых ошибок, известных как граница хэшина.

Почему так сложно создать квантовый компьютер

Квантовые компьютеры были описаны как будущее технологиясо способностью решать сложные проблемы в химии, криптографии и оптимизации системы. Но каждый шаг прогресса сталкивается с одной и той же ключевой проблемой: нестабильной природой кубитов. На практике тысячи естественных кубитов должны создать единый рациональный кубит, способный выполнять надежные расчеты. Именно эта непропорциональная причина сохраняет квантовые технологии на экспериментальной стадии.

Инновация японских исследователей

Предложение Касаи и его команды отличается в двух критических точках. Первоначально новые коды LDPC достигают более 50%кодирования, что резко уменьшает отходы ресурсов. Кроме того, сложность декодирования увеличивается только в зависимости от количества естественных кубитов, элемента, который делает подход по -настоящему эскалации.

Чтобы добраться до этого результата, исследователи объединили различные методы: они использовали фотографические коды LDPC, ввели специальные трансферы для повышения разнообразия и долговечности структуры и использовали неатжинальную математику, увеличивая объем информации, которая может быть обработана на каждом этапе. Наконец, коды были преобразованы в CSS (Calderbank-Shor-Steane), одна из самых распространенных архитектур в коррекции квантовых ошибок.

Важность нового метода декодирования

Инновации обнаруживаются в методе декодирования, основанном на алгоритме «Сумма». Этот метод может одновременно управлять обоими основными типами квантовых ошибок: битовые потоки (x) и фазовые flips (z). В большинстве предыдущих подходов эти две ошибки были обработаны отдельно, что увеличивало сложность и снижение эффективности.

В тестах, даже с масштабами сотен тысяч кубитов, общий уровень ошибок остался близко к 10⁻⁴, Цена, которая почти затрагивает теоретический предел совершенстваПолем Теперь это делает ее реалистичной перспективой разработки систем с миллионами кубитов, прокладывая путь для использования квантовых информационных технологий в реальные проблемы.

Одна поэтапная станция, а не конец маршрута

А Касаи Он подчеркивает, что, хотя открытие не решает все проблемы, связанные с квантовыми информационными технологиями, это важный поворотный момент. Код с этими свойствами может заложить основы для производства надежных квантовых машин, которые могут использоваться в областях, которые сегодня остаются недоступными: от исследования новых материалов до оптимизации сложных сетей и систем.

[via]