Loogisen kubitin elinikää ja virhesuhdetta parantaen

Yalen tutkijat ovat ensimmäistä kertaa pidentäneet kvanttibitin käyttöikää merkittävästi käyttämällä siihen vuonna 2001 esitettyä kvanttivirheen korjauksen prosessia.

Michael Devoretin johtama koe osoittaa – vuosikymmeniä sen teoreettisten perusteiden ehdottamisen jälkeen – että kvanttivirheen korjaus toimii käytännössä. Kokeilu tehtiin suprajohtavilla piireillä.

Kvanttivirheen korjauksen suhteen on arveltu, että redundanssilla vain kasvatetaan ympäröivän ympäristön vaikutuksesta ja se tekee koodatusta kubitista vielä hauraamman.

"Olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet, että järjestelmän tekeminen redundanttimmaksi ja kvanttivirheiden aktiivinen havaitseminen ja korjaaminen gain-lisäsi kvantti-informaation joustavuutta", Devoret sanoi. ”Kokeemme osoittaa, että kvanttivirheen korjaus on todellinen käytännön työkalu. Se on enemmän kuin pelkkä periaatteen osoitus."

Tutkijaryhmä onnistui yli kaksinkertaistamaan kvantti-informaation eliniän eli heidän virhekorjattu kubittinsa kesti 1,8 millisekuntia.

Paperin johtava kirjoittaja Volodymyr Sivak sanoo, että tämä suorituskyky saavutettiin osittain käyttämällä koneoppimisagenttia, joka sääti virheenkorjausprosessia tuloksen parantamiseksi.

"Ei ole olemassa yhtä läpimurtoa, joka olisi mahdollistanut tämän tuloksen", sanoi Sivak, entinen Ph.D. opiskelija Devoretin laboratoriossa. "Se on itse asiassa yhdistelmä useita eri tekniikoita, jotka on kehitetty viime vuosina ja jotka yhdistimme tässä kokeilussa."

Kvanttilaskennan käytännön menestys riippuu siitä, että pystytään luomaan erittäin korkealaatuisia kvanttibittejä kvanttivirheenkorjauksella. "Kokeilumme vahvistaa kvanttilaskennan kulmakivioletuksen ja tämä saa minut vahvasti innostumaan tämän alan tulevaisuudesta", iloitsee Sivak.

Kiinalaiset tutkijat SUSTech yliopiston johdolla ovat myös äskettäin tehneet kokeellisen läpimurron suprajohtavaan kvanttipiiriin perustuvan kvanttivirheen korjauksen alalla.

Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun kvantti-informaation säilyvyysikää pidennetään tämän rajan yli aktiivisten toistuvien virheiden havaitsemis- ja korjausoperaatioiden avulla, mikä on merkittävä virstanpylväs vikasietoiselle kvanttilaskennalle.

Myös Google AI kertoo heidän prototyyppisen virhekorjatun kvanttitietokoneen perusyksikkönsä saavuttaneen loogisena kubittina suorituskyvyn joka mahdollistaa skaalautuvan vikasietoisen kvanttilaskennan.

Keskeistä tässä tutkimuksessa oli kokeilut loogisen kubitin -suorituskyvyn skaalausmittaukset usean kokoisilla koodeilla ja siten pystyttiin osoittamaan, että heidän suprajohtavien kubittien järjestelmällä on riittävä suorituskyky voittamaan kubittien määrän kasvusta aiheutuvat lisävirheet.

Fyysikot uskovat, että käytännön laajamittaiseen kvanttilaskentaan tarvittava virheprosentti on noin yksi miljoonasta. Nykypäivän virheenkorjausteknologialla voidaan kuitenkin saavuttaa vain noin yksi tuhannesta, joten merkittävää parannusta tarvitaan – mikä on iso haaste.

Googlen arviolaskelmien mukaan yleiskäyttöisen järjestelmän vaatiman virhesuhteen toteuttaminen vaatii 577 fyysisestä kubitista koostuvan loogisen kubitin.