banner
Центр новостей
Мы стремимся поддерживать наши стандарты сертификации ISO.

'Шум

Jul 20, 2023

7 июня 2023 г.

Несмотря на огромные перспективы решения новых видов проблем, современные квантовые компьютеры по своей природе склонны к ошибкам. Небольшое возмущение в окружающей среде — например, изменение температуры, давления или магнитного поля — может разрушить их хрупкие вычислительные блоки, называемые кубитами.

Теперь исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета разработали новый метод, позволяющий постоянно отслеживать шум вокруг квантовой системы и корректировать кубиты в режиме реального времени, чтобы минимизировать ошибки.

Подход, описанный в Интернете в журнале Science, основан на кубитах-наблюдателях: наборе кубитов, встроенных в компьютер с единственной целью измерения внешнего шума, а не хранения данных. Информация, собранная такими кубитами-наблюдателями, может затем использоваться для подавления шума в жизненно важных кубитах обработки данных.

Ассистент Профессор Ханнес Берниен, возглавлявший исследование, сравнивает новую систему с наушниками с шумоподавлением, которые постоянно отслеживают окружающие шумы и излучают противоположные частоты, чтобы нейтрализовать их.

«Благодаря такому подходу мы можем значительно улучшить качество кубитов данных», — сказал Берниен. «Я считаю это очень важным в контексте квантовых вычислений и квантового моделирования».

По мере расширения масштабов существующих квантовых компьютеров растет проблема шума и ошибок. Проблема двоякая: кубиты легко изменяются в зависимости от окружающей их среды, что может изменить информацию, хранящуюся внутри них, и привести к высокому уровню ошибок. Кроме того, если учёный измеряет кубит, чтобы попытаться оценить шум, которому он подвергся, состояние кубита разрушается, теряя свои данные.

«Попытка исправить ошибки в квантовой системе — это очень сложная и сложная задача», — сказал Берниен.

Физики-теоретики ранее предлагали решение с использованием зрительских кубитов — набора кубитов, которые не хранят никаких необходимых данных, но могут быть встроены в квантовый компьютер. Кубиты зрителя будут отслеживать изменения в окружающей среде, действуя как микрофон в наушниках с шумоподавлением. Микрофон, конечно, улавливает только звуковые волны, в то время как предлагаемые кубиты-зрители будут реагировать на любые возмущения окружающей среды, способные изменить кубиты.

Группа Берньена намеревалась продемонстрировать, что эту теоретическую концепцию можно использовать для подавления шума в квантовом массиве нейтральных атомов — их любимом квантовом компьютере.

В квантовом процессоре нейтральных атомов атомы подвешиваются на месте с помощью лазерных лучей, называемых оптическими пинцетами, которые Берниен помог разработать, что принесло ему такие награды, как премия «Новые горизонты в физике» 2023 года от Фонда премии «Прорыв». В больших массивах этих подвешенных атомов каждый действует как кубит, способный хранить и обрабатывать информацию в состоянии суперпозиции.

В 2022 году Берниен и его коллеги впервые сообщили о возможности создать гибридный атомный квантовый процессор, содержащий атомы рубидия и цезия. Теперь они адаптировали этот процессор так, что атомы рубидия действуют как кубиты данных, а атомы цезия — как кубиты-наблюдатели. Команда разработала систему, которая непрерывно считывает данные в реальном времени с атомов рубидия и, в ответ, настраивает атомы цезия с помощью микроволновых колебаний.

Задача, по словам Берньена, заключалась в том, чтобы обеспечить достаточно быструю работу системы: любые изменения в атомах рубидия должны были происходить почти мгновенно.

«Что действительно интересно в этом, так это то, что это не только сводит к минимуму любой шум для кубитов данных, но и является примером фактического взаимодействия с квантовой системой в реальном времени», — сказал Берньен.

Чтобы проверить свой подход к минимизации ошибок, группа Берньена подвергла квантовый массив воздействию шума магнитного поля. Они показали, что атомы цезия правильно улавливают этот шум, а их система затем в реальном времени нейтрализует его в атомах рубидия.

Однако исследовательская группа утверждает, что первоначальный прототип — это лишь отправная точка. Они хотели бы попробовать увеличить количество шума и варьировать типы возмущений, а также проверить, работает ли этот подход.