Quantumrun

BILDKREDIT:

iStock

Självreparerande kvantdatorer: Felfria och feltoleranta

Forskare letar efter sätt att skapa kvantsystem som är felfria och feltoleranta för att bygga nästa generations teknologier.

Författare:
författarnamn
Quantumrun Framsyn
Februari 14, 2023

Insiktssammanfattning

Quantum computing representerar ett paradigmskifte inom datorbehandling. Dessa system har potential att lösa komplexa beräkningar på några minuter som skulle ta klassiska datorer år, ibland århundraden, att utföra. Det första steget för att möjliggöra kvantteknologiernas fulla potential är dock att se till att de kan reparera sina resultat själv.

Självreparerande kvantdatorsammanhang

2019 kunde Google Sycamore-chippet, innehållande 54 qubits, utföra en beräkning på 200 sekunder som normalt skulle ta en klassisk dator 10,000 XNUMX år att slutföra. Denna prestation var katalysatorn för Googles kvantöverlägsenhet, och fick världsomspännande erkännande som ett stort genombrott inom kvantberäkning. Därefter har detta lett till ytterligare forskning och framsteg inom området.

År 2021 tog Sycamore ytterligare ett steg framåt genom att visa att det kan fixa beräkningsfel. Men själva processen introducerade nya fel efteråt. Ett vanligt problem inom kvantberäkning är att deras beräkningars noggrannhetshastigheter fortfarande saknas jämfört med klassiska system.

Datorer som använder bitar (binära siffror, som är den minsta enheten av datordata) med två möjliga tillstånd (0 och 1) för att lagra data är utrustade med felkorrigering som en standardfunktion. När en bit blir 0 istället för 1 eller vice versa, kan denna typ av misstag fångas upp och korrigeras.

Utmaningen i kvantberäkning är mer komplicerad eftersom varje kvantbit, eller kvantbit, existerar samtidigt i ett tillstånd av 0 och 1. Om du försöker mäta deras värde kommer data att gå förlorade. En långvarig potentiell lösning har varit att gruppera många fysiska qubits i en "logisk qubit" (qubits som styrs av kvantalgoritmer). Även om logiska qubits har funnits tidigare, användes de inte för felkorrigering.

Störande inverkan

Flera forskningsinstitutioner och AI-labb har studerat hur man gör logiska qubits som kan självkorrigera. Till exempel skapade USA-baserade Duke University och Joint Quantum Institute en logisk qubit som fungerar som en enda enhet 2021. Genom att basera den på en kvantfelskorrigeringskod kan fel lättare upptäckas och korrigeras. Dessutom gjorde teamet qubit-feltolerant för att innehålla negativa effekter från nämnda fel. Detta resultat var första gången en logisk qubit visade sig vara mer tillförlitlig än något annat erforderligt steg i dess skapelse.

Med hjälp av University of Marylands jonfälla-system kunde teamet kyla upp till 32 individuella atomer med lasrar innan de suspenderades över elektroder på ett chip. Genom att manipulera varje atom med lasrar kunde de använda den som en qubit. Forskarna har visat att innovativa konstruktioner kan en dag frigöra kvantberäkning från dess nuvarande feltillstånd. Feltoleranta logiska qubits kan lösa bristerna i samtida qubits och kan vara ryggraden i pålitliga kvantdatorer för verkliga applikationer.

Utan självkorrigerande eller självreparerande kvantdatorer skulle det vara omöjligt att göra system med artificiell intelligens (AI) som är korrekta, transparenta och etiska. Dessa algoritmer kräver stora mängder data och datorkraft för att uppfylla sin potential, inklusive att göra autonoma fordon säkra och digitala tvillingar som kan stödja Internet of Things (IoT)-enheter.

Implikationer av självreparerande kvantberäkning

Vidare konsekvenser av investeringar i självreparerande kvantdatorer kan inkludera:

Utveckla kvantsystem som kan bearbeta större datavolymer samtidigt som misstag upptäcks i realtid.
Forskare utvecklar autonoma kvantsystem som inte bara kan självreparera utan självtesta.
Ökade anslag till kvantforskning och utveckling av mikrochips för att skapa datorer som kan bearbeta miljarder information men som kräver mindre energi.
Kvantdatorer som på ett tillförlitligt sätt kan stödja mer komplexa processer, inklusive trafiknätverk och helautomatiska fabriker.
Den fullständiga industriella tillämpningen av kvantberäkning inom alla sektorer. Detta scenario kommer bara att bli möjligt när företag känner sig tillräckligt säkra på noggrannheten i kvantberäkningsresultaten för att vägleda beslutsfattandet eller för att driva system med högt värde.