ธรรมชาติของควอนตัมของ qubits เป็นดาบสองคม แม้ว่ามันสามารถช่วยควอนตัมคอมพิวเตอร์แก้ปัญหาที่ยากจะแก้ไขได้บนเครื่องคลาสสิก แต่มันก็ถูกทำลายได้ง่ายด้วยเสียงที่เกิดจากการโต้ตอบที่ไม่ได้ตั้งใจระหว่างคิวบิตกับสภาพแวดล้อม เพื่อแก้ไขภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้และสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีประโยชน์และปรับขนาดได้ นักฟิสิกส์กำลังพัฒนาวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น
จากสัญญาณ
รบกวนนี้ ตอนนี้ เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในสหรัฐอเมริกาได้นำหนึ่งในวิธีการเหล่านี้มาปฏิบัติโดยการสาธิตการควบคุมที่ทนทานต่อความผิดพลาดของลอจิคัลคิวบิตเดียว ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แก้ไขข้อผิดพลาดอย่างสมบูรณ์
เพื่อให้เข้าใจว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดประเภทนี้ทำงานอย่างไร ให้นึกถึงครั้งสุดท้ายที่คุณแก้ไขการพิมพ์ผิด ในการทำเช่นนั้น คุณได้ทำการแก้ไขข้อผิดพลาดในข้อมูลแบบดั้งเดิม เนื่องจากความหมายของคำถูกเข้ารหัสด้วยตัวอักษรจำนวนมาก จึงไม่สำคัญเท่าไหร่หากมีคำที่สะกดผิดในตัวอักษรหนึ่งตัว
คุณยังสามารถระบุคำที่ต้องการได้ การแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมทำให้เราสามารถระบุและแก้ไขข้อผิดพลาดในข้อมูลเชิงปริมาณของควอมตัมได้ด้วยวิธีเดียวกัน โดยการเข้ารหัสสถานะของลอจิคัลคิวบิต (คำควอนตัม) หนึ่งรายการภายในคิวบิตเชิงกายภาพหลายตัว (ตัวอักษรควอนตัม) ด้วยการดำเนินการ
พิเศษที่เรียกว่าการวัดความคงตัวบนคิวบิตทางกายภาพเหล่านี้ ระบบจะสามารถดึงข้อมูลเกี่ยวกับข้อผิดพลาดใดๆ ที่เกิดขึ้น โดยไม่ทำลายข้อมูลควอนตัมที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ จากข้อมูลที่คัดมานี้
การแก้ไขข้อผิดพลาดเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะเปิดใช้งานคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้
การตรวจตัวสะกดจะไม่เกิดผลหากทำให้ตัวอักษรอื่นสับสนระหว่างการแก้ไข เงื่อนไขสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่เชื่อถือได้คือการเตรียมสถานะโลจิคัล การใช้ลอจิกเกต การตรวจจับข้อผิดพลาด และการแก้ไข จะต้องไม่เพิ่มข้อผิดพลาดเข้าไปในระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง
กระบวนการ
เหล่านี้ทั้งหมดจำเป็นต้องทนทานต่อข้อผิดพลาด โดยได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้ข้อผิดพลาดเดียวลุกลามทำให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติม ข้อกำหนดนี้เป็นศูนย์กลางของงานในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถแก้ปัญหาที่เป็นประโยชน์ได้ ลดอัตราความผิดพลาด ในผลงานล่าสุดซึ่งตีพิมพ์
ในวารสาร นักวิจัยที่นำได้สาธิตการควบคุมที่ทนต่อความผิดพลาดของลอจิคัลคิวบิตเดียว ซึ่งรวมถึงทุกขั้นตอนของการเตรียมการ ลอจิกเกต และการแก้ไขข้อผิดพลาด คิวบิตในการทดลองนี้ประกอบด้วยไอออนของอิตเทอร์เบียมที่ลอยอยู่เหนือกับดัก Paul ที่ใช้คลื่นความถี่วิทยุและควบคุมด้วย
ลำแสงเลเซอร์แต่ละลำ นี่คือฮาร์ดแวร์ที่ได้รับการสนับสนุนจาก IonQ สตาร์ทอัพด้านควอนตัมคอมพิวติ้ง ซึ่ง Egan และผู้ทำงานร่วมกันบางคนทำงานอยู่ในขณะนี้ ข้อดีของการใช้ไอออนดักจับแทนการใช้คิวบิตตัวนำยิ่งยวดที่บริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลายแห่งชื่นชอบ ได้แก่ อัตราข้อผิดพลาดที่ต่ำกว่า
เพื่อแสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่ทนทานต่อความผิดพลาด ทีมงานใช้การเข้ารหัส 13 คิวบิตที่เรียกว่ารหัส โดยมี 9 คิวบิตจริงในการเข้ารหัสสถานะตรรกะ และ 4 คิวบิตสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาด 13 qubits เหล่านี้ถูกจัดเรียงเป็นสายโซ่เดียว โดยมี qubits พิเศษอีก 2 qubits ที่ด้านใดด้านหนึ่ง
เพื่อให้แน่ใจว่ามีระยะห่างเท่ากัน ด้วยระบบนี้ นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถควบคุมสถานะของลอจิคัลคิวบิตด้วยวิธีที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด และแก้ไขข้อผิดพลาดควิบิตเดียวที่เกิดขึ้นได้ ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าอัตราข้อผิดพลาดในควิบิตแบบโลจิคัลนั้นต่ำกว่าอัตราข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน
เมื่อใช้โปรโตคอลที่ไม่ทนต่อข้อผิดพลาดขั้นตอนสู่การยอมรับข้อผิดพลาดเต็มรูปแบบเรียกความสำเร็จของทีมว่า “เป็นหน่วยการสร้างที่สำคัญอย่างยิ่ง และเป็นสิ่งที่แสดงว่าเราใกล้จะบรรลุเกณฑ์ข้อผิดพลาดที่ แบบลอจิคัลสามารถทำได้ดีกว่า qubits จริง” เขากล่าวเสริม: “ไม่มีใครเชื่อว่าคุณจะสามารถ
บรรลุเกณฑ์นี้
โดยไม่มีโปรโตคอลการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ทนทานต่อความผิดพลาด และจนถึงงานนี้ ยังไม่มีใครแสดงให้เห็นถึงการควบคุมคิวบิตเชิงตรรกะที่ทนทานต่อความผิดพลาด” เพื่อให้ผ่านเกณฑ์ข้อผิดพลาดนั้น เป้าหมายต่อไปของทีมคือการรักษาสถานะควอนตัมที่ปราศจากข้อผิดพลาดตลอดเวลา
โดยดำเนินการแก้ไขข้อผิดพลาดซ้ำๆ ในการทำเช่นนี้จะต้องมีการตรวจจับข้อผิดพลาดกลางวงจร โดยที่ไอออนในสายโซ่จะถูกแยกออกจากกันเพื่อให้สามารถวัดได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อไอออนอื่นๆ “ส่วนที่ยากคือเมื่อเราประกอบโซ่กลับเข้าไปใหม่ เราต้องแน่ใจว่าไอออนไม่ร้อนขึ้นในระหว่างการขนส่ง”
อธิบาย “และหากเป็นเช่นนั้น เราก็ต้องมีวิธีทำให้ไอออนเย็นลงโดยไม่ทำลาย ข้อมูลควอนตัม” ทีมงานได้ดำเนินการไปสู่เป้าหมายนี้โดยแสดงให้เห็นในงานอื่นๆ ว่า การทำให้ไอออนดังกล่าว เย็นลงนั้นเป็นไปได้และการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นระหว่างคิวบิต แม้ว่าจะมีความท้าทายในการปรับขนาดเทคโนโลยีก็ตาม
นักวิจัยยังหวังว่าจะแสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่ทนต่อความผิดพลาดระหว่างสอง qubits ในการทำเช่นนี้ พวกเขามีเป้าหมายที่จะใช้ชุดของการดำเนินการควอนตัมที่เรียกว่าเกทแบบลอจิคัลควบคุม-NOT ซึ่งจะพลิกสถานะของเงื่อนไขควอนตัมที่สองในสถานะของเงื่อนไขแรกและเป็นศูนย์กลางของเกท
และอัลกอริทึมอื่น ๆ อีกมากมาย Egan มั่นใจว่าวิสัยทัศน์ของการควบคุมควอนตัมที่ทนทานต่อความผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าคิวบิตทางกายภาพสามารถรับรู้ได้ในกับดักไอออนในอนาคตอันใกล้นี้ “ระบบไอออนต้องการเพียงการปรับปรุงเล็กน้อยเพื่อความเที่ยงตรงของเกท บวกกับการตรวจจับกลางวงจร เพื่อให้สิ่งนี้ใช้งานได้จริงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า” เขากล่าว
credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com
