Amazon Web Services (AWS) ได้เปิดตัวต้นแบบชิปที่เป็นครั้งแรกในโลกที่ติดตั้ง "แมวคิวบิต" ที่ทนต่อข้อผิดพลาด-หน่วยพื้นฐานของข้อมูลการคำนวณควอนตัมที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผู้มีชื่อเสียงการทดลองทางความคิด
ที่(qpu), ชื่อ "ocelot" รวมถึงห้า data qubits หรือ cat qubits เพื่อจัดเก็บข้อมูล; ห้าวงจรบัฟเฟอร์ที่ทำจาก SuperConductor Tantalum เพื่อรักษาเสถียรภาพของแมว qubits; และสี่ qubits เพิ่มเติมเพื่อตรวจจับข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลข้อมูล
ส่วนประกอบภายในเหล่านี้จะถูกแบ่งออกเป็นไมโครชิปซิลิกอนสองตัวที่แต่ละวัดประมาณ 0.16 ตารางนิ้ว (1 ตารางเซนติเมตร) ทำให้อุปกรณ์เล็กพอที่จะพอดีกับปลายนิ้วของคุณ
สถาปัตยกรรมใหม่ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดต้นทุนและพลังงานที่จำเป็นในการลดข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในคอมพิวเตอร์ควอนตัม - นักวิทยาศาสตร์ที่ท้าทายยังคงพยายามหาทางออก (ด้วยความคืบหน้าใน Aการศึกษาและอื่น ๆ ใน, ในหมู่คนอื่น ๆ )
อย่างมีนัยสำคัญนักวิจัยกล่าวว่าเทคโนโลยีใหม่สามารถลดข้อผิดพลาดแบบทวีคูณได้เนื่องจากมีการเพิ่ม qubits มากขึ้นในชิปเวอร์ชันในอนาคต พวกเขาสรุปผลการวิจัยของพวกเขาในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ 26 กุมภาพันธ์ในวารสาร-
ปิดเสียงควอนตัม
เนื่องจาก qubits เป็น "เสียงดัง" โดยเนื้อแท้ - หมายความว่าพวกเขามีความไวต่อการรบกวนจากการสั่นสะเทือนความร้อนการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าและการแผ่รังสีจากอวกาศ - พวกเขามีแนวโน้มที่จะล้มเหลวมากกว่าบิตคลาสสิก อัตราความผิดพลาดในบิตคลาสสิกคือ 1 ใน 1 ล้านล้านเทียบกับประมาณ 1 ใน 1,000 ใน qubits อัตราความผิดพลาดที่สูงกว่านี้มักจะนำไปสู่การล่มสลายของการคำนวณระยะกลางและความล้มเหลวในการคำนวณควอนตัมเมื่อทำการคำนวณควอนตัม
ข้อผิดพลาดสองประเภทคือข้อผิดพลาดบิตที่มีความน่าจะเป็นในการวัด 0 กลายเป็นความน่าจะเป็นของการวัด 1; และข้อผิดพลาดของเฟส-แฟลชที่ qubit หมุน 180 องศาบนแกนแนวตั้ง ข้อผิดพลาดของบิต-ฟลิปส่งผลกระทบต่อทั้งบิตและ qubits ในขณะที่ข้อผิดพลาดของเฟสแฟลชส่งผลกระทบต่อ qubits เท่านั้น ความจำเป็นในการแก้ไขข้อผิดพลาดทั้งสองประเภทในระบบควอนตัมต้องการทรัพยากรที่สำคัญเมื่อเทียบกับการแก้ไขข้อผิดพลาดในการคำนวณแบบคลาสสิก
ที่เกี่ยวข้อง:
ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงกล่าวว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะต้องใช้ qubits หลายล้านคนก่อนที่จะเข้าใกล้เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย "" - ซึ่งจะไม่สามารถทำได้ในแง่ของพื้นที่ทางกายภาพพลังงานและทรัพยากรที่จำเป็นในการสร้างและเรียกใช้เครื่องจักรสมมุติเช่นนี้คือเหตุผลที่การวิจัยเพิ่มเติมมุ่งเน้นไปที่การสร้าง qubits ที่เชื่อถือได้รวมกับเทคโนโลยีการแก้ไขข้อผิดพลาด
"Logical Qubits"-ซึ่งประกอบด้วย qubits ทางกายภาพหลายตัวที่เก็บข้อมูลเดียวกันเพื่อกระจายจุดของความล้มเหลว-เป็นวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ตามนักวิจัยของ AWS กล่าวว่าหากไม่มีการปรับปรุงเพิ่มเติมเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์วิธีการในปัจจุบันนั้นมีค่าใช้จ่ายขนาดใหญ่และห้ามใช้เพราะพวกเขาต้องการ qubits ทางกายภาพนับพันเพื่อสร้าง qubit แบบตรรกะหนึ่งที่สามารถบรรลุอัตราความผิดพลาดต่ำ
อย่างไรก็ตาม Ocelot ใช้การออกแบบที่พัฒนาโดย Alice & Bob เริ่มต้นฝรั่งเศส ได้รับการตั้งชื่อตามการทดลองคิดแมวของSchrödingerที่มีชื่อเสียง QUBIT นี้ได้รับการออกแบบในลักษณะที่ทนต่อข้อผิดพลาดบิต
แตะลงใน 'cat qubits' ใหม่
แตกต่างจาก qubits superconducting ทั่วไปที่ใช้ในเครื่องจักรที่สร้างโดยชอบของและที่สามารถบรรลุการซ้อนทับ 1 และ 0สามารถบรรลุการซ้อนทับสองครั้งของสองสถานะควอนตัมพร้อมกัน นักวิทยาศาสตร์ของ Alice & Bob ได้ระบุว่าเทคโนโลยีนี้ทำงานอย่างไรในกแผนงานและกระดาษขาวเผยแพร่ในปี 2024
Cat Qubit ใช้การซ้อนทับควอนตัมของสถานะคลาสสิกของแอมพลิจูดและเฟสที่กำหนดไว้อย่างดีเพื่อเข้ารหัสข้อมูล มันใช้อนุภาค bosonic โดยเฉพาะเพื่อเข้ารหัสข้อมูล - ในกรณีนี้-
ยิ่งมีการปั๊มพลังงานเข้าสู่ระบบมากเท่าใดก็ยิ่งสามารถสร้างโฟตอนได้มากขึ้นและสามารถเข้าถึงแอมพลิจูดหรือสถานะออสซิลเลเตอร์ได้มากขึ้นซึ่งจะช่วยปกป้องข้อมูลควอนตัมได้ดีขึ้น การเพิ่มจำนวนโฟตอนในออสซิลเลเตอร์สามารถทำให้อัตราการเกิดข้อผิดพลาดบิตลดลงได้เล็กน้อยนักวิทยาศาสตร์กล่าว ซึ่งหมายความว่าเพื่อลดอัตราความผิดพลาดคุณไม่จำเป็นต้องเพิ่มจำนวน QBIT แต่คุณต้องเพิ่มพลังงานของออสซิลเลเตอร์
การทดลองก่อนหน้านี้ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของ cat qubits ในการสาธิตในช่วงอุณหภูมิเดียวรวมถึงการศึกษาจากทีมอื่นในปี 2558และอีกหนึ่งเมื่อไม่นานมานี้- การศึกษาที่ตีพิมพ์ในในปีนี้ยังระบุวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ได้รับแรงบันดาลใจจากแมวของSchrödinger อย่างไรก็ตาม Ocelot ของ AWS เป็นตัวอย่างแรกของระบบ Qubit หลายตัวที่สอดคล้องกันซึ่งรวมอยู่ในชิปที่สร้างขึ้นโดยใช้วิธีการประดิษฐ์ที่มีอยู่
ในการศึกษาใหม่นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นถึงการวัดที่ใช้กับ ocelot ที่แสดงข้อผิดพลาดบิต-flip จะถูกระงับแบบทวีคูณในระดับ qubite ทางกายภาพในขณะที่ข้อผิดพลาดเฟส-เฟสถูกแก้ไขโดยใช้รหัสแก้ไขข้อผิดพลาดที่ง่ายที่สุดที่เรียกว่ารหัสการทำซ้ำ ประตูระหว่าง cat qubits และ qubits ที่แก้ไขข้อผิดพลาดนั้นมีประสิทธิภาพในการตรวจจับข้อผิดพลาดเฟสเฟสในขณะที่รักษาพลังของ cat qubits เพื่อป้องกันข้อผิดพลาดบิต
ผลการวิจัยพบว่าเวลาบิต-นิ้วเข้าใกล้ 1 วินาที-ประมาณ 1,000 เท่ายาวกว่าอายุการใช้งานของ qubits ตัวนำยิ่งยวดทั่วไป สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้โฟตอนสี่ครั้งทำให้เวลาการใช้เฟส-เฟสวัดในไมโครวินาทีซึ่งเพียงพอสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ทดสอบระบบเพื่อกำหนดว่าสถาปัตยกรรมนี้มีประสิทธิภาพเพียงใดที่จะประพฤติตัวเหมือน qubitic อัตราความผิดพลาดเชิงตรรกะทั้งหมดคือ 1.72% เมื่อเรียกใช้รหัสในสาม cat qubits เทียบกับ 1.65% เมื่อใช้ cat qubits ห้าตัว ด้วยเก้า qubits ทั้งหมด (แมวห้าตัวและการแก้ไขข้อผิดพลาดสี่ครั้ง) พวกเขาได้รับอัตราความผิดพลาดเทียบได้กับระบบที่มี 49 qubits ทางกายภาพ
คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้
นักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าการใช้สถาปัตยกรรมใน Ocelot คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตที่มี "ผลกระทบทางสังคมที่เปลี่ยนแปลง" ต้องการเพียงเล็กน้อยเพียงหนึ่งในสิบของทรัพยากรที่จำเป็นต้องใช้กับวิธีการมาตรฐานในการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
"Ocelot เวอร์ชันในอนาคตกำลังได้รับการพัฒนาซึ่งจะลดอัตราความผิดพลาดเชิงตรรกะแบบทวีคูณโดยการปรับปรุงประสิทธิภาพขององค์ประกอบและการเพิ่มระยะทางของรหัส" ผู้เขียนร่วมของการศึกษาFernando Brandãoศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและคาลเทคและจิตรกรออสการ์ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ประยุกต์ที่ Caltech กล่าวในกโพสต์บล็อกทางเทคนิค- "รหัสที่ปรับให้เหมาะกับเสียงอคติเช่นรหัสการทำซ้ำที่ใช้ใน ocelot สามารถลดจำนวน qubits ทางกายภาพที่ต้องการได้อย่างมีนัยสำคัญ" พวกเขากล่าว
“ เราเชื่อว่าสถาปัตยกรรมของ Ocelot ด้วยวิธีการที่มีประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์ในการแก้ไขข้อผิดพลาดทำให้เราดีในการจัดการกับการคำนวณควอนตัมในระยะต่อไป: การเรียนรู้วิธีปรับขนาด” Brandãoและ Painter กล่าวเสริม "การปรับขนาดโดยใช้วิธีการที่มีประสิทธิภาพฮาร์ดแวร์จะช่วยให้เราสามารถบรรลุคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วและคุ้มค่ามากขึ้นซึ่งเป็นประโยชน์ต่อสังคม"
