Sommige klassieke rekenaars het foutkorreksie in hul geheue ingebou op grond van bisse; kwantumrekenaars sal ook foutkorreksiemeganismes nodig hê, gebaseer op die baie meer sensitiewe qubits om in die toekoms werkbaar te wees.
Elektroniese meettoerusting – illustratiewe foto. Beeldkrediet: John Barkiple via Unsplash, gratis lisensie
Cornell-navorsers het onlangs 'n stap geneem in die rigting van foutverdraagsame kwantumrekenaars: hulle het 'n eenvoudige model gebou wat eksotiese deeltjies genaamd nie-Abeliese anyons bevat, kompak en prakties genoeg om op moderne kwantumhardeware te werk. Die besef van hierdie deeltjies, wat slegs in twee dimensies kan bestaan, is 'n skuif na die implementering daarvan in die werklike wêreld.
Danksy 'n mate van kreatiewe denke, het Yuri Lensky, 'n voormalige Bethe/Wilkins/Kavli-instituut by Cornell (KIC) nadoktorale genoot in fisika in die Kollege vir Kuns en Wetenskappe (A&S), saamgewerk met Eun-Ah Kim, professor in fisika (A&S), het met 'n eenvoudige "resep" vorendag gekom wat gebruik kan word vir robuuste berekening met nie-Abeliese enigeen, insluitend spesifieke instruksies om die effek eksperimenteel uit te voer op toestelle wat vandag beskikbaar is.
Hul koerant, "Grafiekmeterteorie van mobiele nie-Abeliaanse enigeen in 'n Qubit-stabilisatorkode,” geskryf in samewerking met teoretici by Google Quantum AI, is gepubliseer in die Annals of Physics.
Google Quantum KI-navorsers en Lensky en Kim het die teorie bewys met 'n suksesvolle eksperiment soos gerapporteer in 'n voordrukpublikasie, "Waarneming van nie-Abeliese uitruilstatistieke op 'n supergeleidende verwerker,” op die navorsingsdeelplatform arXiv.
"Hierdie tweedimensionele toestand is interessant, beide vanuit 'n kwantum gekondenseerde materie fisika perspektief - dit het 'n paar nuwe eienskappe wat baie spesiaal is vir 2D fisika - en vanuit 'n kwantum inligting perspektief," het Lensky gesê.
"Dit is iets waarlik kwantum, maar dit is ook potensieel nuttig vir kwantumberekening. Dit beskerm stukkies kwantuminligting deur dit nie-plaaslik te stoor, en ons protokol laat ons toe om met hierdie stukkies te bereken.”
Kim het die beginsel verduidelik wat nie-Abeliese enigiemand lewend maak deur twee identiese een-pond barbells uit te hou. Wanneer sy haar arms kruis, verander die identiese barbelle van posisie, maar as voorwerpe wat deur klassieke fisika gedefinieer word, bly hul toestand dieselfde. Hulle is uitruilbaar.
As daardie barbells twee identiese kwantumdeeltjies verteenwoordig, kan hul spore deur ruimte-tyd merkwaardig in sekere 2D-stelsels 'n meetbare rekord van die verandering produseer (beeld die gekruiste arms uit.) Hierdie proses van uitruil word 'n vlegsel genoem, na die vorms van die deeltjie roetes.
"Kwantummeganies, wanneer jy een deeltjie om die ander beweeg," het Kim gesê, terwyl hy een gewig stil gehou het en die ander in 'n sirkel daarom beweeg, "kan die golffunksie, wat 'n oplossing is vir die Schrödinger-vergelyking wat kwantummeganiese beweging beskryf, vermenigvuldig word met 'n fasefaktor of dit kan iets word wat baie anders is."
Wanneer die golffunksie 'n globale teken kry wat slegs deur interferometrie waargeneem kan word, 'n meting van die interferensie van golwe, word dit 'n Abeliese anyon genoem. Wanneer die golffunksie meetbaar anders word, is dit 'n nie-Abeliese enigiemand, het sy gesê.
Nie-Abeliese enigeen kan ingespan word om qubits te skep wat nie op 'n enkele deeltjie gedefinieer word nie, maar op 'n paar identiese kwantumdeeltjies: nie-plaaslik geënkodeer.
"As ek die kwbit wat tussen hierdie deeltjies gedeel word in 'n nultoestand plaas en hulle uitmekaar skuif, dan sal wat ook al plaaslik met een van hierdie enigeen gebeur, die nultoestand bly. Die kwbit wat op nul gestel is, is veilig teen korrupsie,” het Kim gesê. "Nie-Abeliese enigeen kan in 'n platform vir beskermde qubits gebruik word."
Maar terwyl fisici al jare lank teoretiseer oor hierdie eksotiese deeltjies - Alexei Kitaev het voorgestel om op beskermde stukkies kwantumgeheue te werk deur nie-Abeliese enigieë terug te vleg omstreeks 2001, het Lensky gesê - is hulle nog nooit voorheen in 'n fisiese stelsel waargeneem nie.
Toe Google Quantum AI die kwantumverwerkerplatformvermoëns ontwikkel het om die oppervlakkode en vlegwerk van Abeliese enigeen in 'n fisiese stelsel te realiseer, het Lensky gesê: "Dit was [ons] inspirasie om te soek na 'n manier om die fisika van nie-Abeliese enigiemande te realiseer as gou moontlik.”
"Ons het geweet hulle het die werkende bestanddele, maar hulle het nie 'n resep gehad nie," het Kim gesê. “Ons het uitgevind hoe om hierdie nie-Abeliese enigeen te skuif, en toe het ons die eksperimentele vertel wat om te doen. Dit was moontlik omdat ek en Yuri op ’n buigsame, kreatiewe en oopkop manier gedink het.”
Vorige teoretiese navorsing het nie-Abeliese eiendomme geïdentifiseer, maar het te kort gekom oor hoe om dit te skuif, 'n noodsaaklike stap. 'n Sleutelinsig van Lensky en Kim was om die reëlmaat van 'n rooster prys te gee en qubits op 'n amper handgetekende manier te rangskik, maar gerugsteun deur robuuste wiskunde.
"Na hierdie eenvoudige meetkundige insig, met behulp van maatteorie, kon ons met die protokol vorendag kom om hierdie foto te neem en dit op 'n robuuste en doeltreffende manier op 'n skyfie te implementeer," het Kim gesê. "Met hierdie 10-kwbit-stelsel was ons in staat om veelvuldige nie-Abeliese enigeen te enkodeer, en dus verskeie logiese inligtingdraende kwbits, en 'n presiese resep vir wat die eksperimentele elke stap van die pad moet doen."
"Alhoewel die fokus van die teorie en eksperiment bloot is om nie-Abeliese enigiemand in die werklike wêreld te besef, kan dit ook beskou word as 'n eerste klein stap in die rigting van die implementering van berekening deur vlegwerk," het Lensky gesê.
Bron: Cornell Universiteit
