Даследчыкі паказваюць вынікі двухкубітных разлікаў "высока перспектыўных" для квантавых вылічэнняў

У першую чаргу ў свеце даследчыкі вымералі дакладнасць - дакладнасць - двуххубітных логічных аперацый у сіліконе - што прывяло да вельмі перспектыўных вынікаў, якія дадуць магчымасць маштабаваць да поўнамаштабнага квантавага працэсара.

Даследаванне было праведзена камандай прафесара Эндру Дзурака ў UNSW Engineering. Эксперыменты праводзілі Wister Huang - аспірант электратэхнікі на апошнім курсе і доктар Генры Ян, старэйшы навуковы супрацоўнік UNSW.

Дзурак тлумачыць: "Усе квантовыя вылічэнні могуць складацца з аднаквабітных аперацый і двуххубітных аперацый - яны цэнтральныя будаўнічыя блокі квантавых вылічэнняў.

"Пасля таго, як вы атрымаеце іх, вы можаце выконваць любыя вылічэнні, якія вы хочаце, але дакладнасць абедзвюх аперацый павінна быць вельмі высокай".

Каманда Дзурака ўпершыню ў 2015 годзе стварыла квантовую логічную заслонку ў крэмнію, што зрабіла магчымым разлік паміж двума кубітамі інфармацыі - ачыстка вырашальнага перашкоды ў імкненні ператварыць квантавыя камп'ютэры з крэмнія.

З тых часоў шэраг груп па ўсім свеце прадэманстравалі дзвюхкубітныя вароты ў крэмній - але пакуль гэтая знакавая папера, апублікаваная сёння ў Nature, - сапраўдная дакладнасць такой двуххубітнай брамы была невядомая.

Дакладнасць - залог поспеху ў квантавых вылічэннях

Д-р Ян дадае: "Вернасць - гэта найважнейшы параметр, які вызначае жыццёвую эфектыўнасць кубітнай тэхналогіі. Вы можаце выкарыстоўваць толькі велізарную магутнасць квантавых вылічэнняў, калі аперацыі кубіта амаль ідэальныя, і дапускаюцца толькі невялікія памылкі".

Упершыню навукоўцы вымералі дакладнасць - гэта значыць, дакладнасць - двухкубітных засаўкі ў крэмніі з надзвычай перспектыўнымі вынікамі, якія дапамогуць маштабаваць да поўнамаштабнага квантавага працэсара. (UNSW)

У гэтым даследаванні каманда рэалізавала і выканала на аснове кліфарда тэставанне вернасці - методыку, якая дазваляе ацаніць кубітную дакладнасць на ўсіх тэхналагічных платформах - прадэманстраваўшы сярэднюю вернасць двуххубітнага варота ў 98%.

Г-н Хуанг, вядучы аўтар артыкула, тлумачыць, як была дасягнута такая высокая дакладнасць: "Мы дасягнулі такой высокай дакладнасці, характарызуючы і змякчаючы першакрыніцы памылак, тым самым паляпшаючы дакладнасці варотаў да кропкі, калі рандомізаваныя параметры параўнання значнай даўжыні - больш, чым Аперацыі з 50 варотамі - могуць быць выкананы на нашым двуххубітным прыладзе ".

У будучым камп'ютэрныя камп'ютэры будуць мець шырокі спектр важных прыкладанняў у выніку здольнасці праводзіць складаныя вылічэнні з большымі хуткасцямі, чым нават самы складаны сучасны кампутар. Сюды ўваходзіць рашэнне праблем, якія проста выходзяць за рамкі сучасных кампутараў.

Прафесар Дзюрак кажа: "Але для большасці такіх важных прыкладанняў спатрэбяцца мільёны кубітаў, і вам прыйдзецца выпраўляць квантавыя памылкі, нават калі яны невялікія.

"Каб выпраўленне памылак стала магчымым, самі кубіты павінны быць у першую чаргу вельмі дакладнымі - таму важна вызначыць іх вернасць".

Ён працягвае: "Чым дакладней вашы кубіты, тым менш вам трэба - і, такім чынам, раней мы зможам павялічыць машынабудаванне і вытворчасць, каб рэалізаваць поўнамаштабны квантавы кампутар".

Крэмній - гэта шлях наперад

Па словах даследчыкаў, гэта даследаванне з'яўляецца яшчэ адным доказам таго, што крэмній як тэхналагічная платформа ідэальна падыходзіць для маштабавання вялікай колькасці кубітаў, неабходных для універсальных квантавых вылічэнняў.

Улічваючы, што крэмній ляжыць у аснове сусветнай кампутарнай індустрыі амаль 60 гадоў, яго ўласцівасці ўжо добра зразумелыя і існуючыя вытворчыя магутнасці з крамянёвых чыпаў могуць лёгка адаптавацца да гэтай тэхналогіі.

Сіліконавыя чыпы - будучыня квантавых вылічэнняў (Дэлфтскі універсітэт тэхналогій)

Дзурак кажа, што калі б велічыня дакладнасці была занадта нізкай, гэта мела б сур'ёзныя негатыўныя наступствы для будучых квантавых вылічэнняў крэмнія.

Ён працягвае: "Справа ў тым, што яна амаль на 99% - гэта неабходны для нас асноўны этап, і ёсць выдатныя перспектывы для далейшага паляпшэння. Як мы прагназавалі, нашы вынікі адразу паказваюць, што крэмній - гэта жыццяздольная платформа для поўнамаштабных квантавых вылічэнняў.

"Мы лічым, што ў хуткім часе мы даможамся значна больш высокіх вернасцей, адкрыўшы шлях да поўнамаштабнага квантовага вылічэння, устойлівага да адказаў. Мы зараз на мяжы двухкубітнай дакладнасці, якая дастаткова высокая для квантовай карэкцыі памылак ".

У другім дакуменце, напісаным доктарам Ян і нядаўна апублікаваным у Nature Electronics, той жа калектыў таксама дасягнуў рэкорду за найбольш дакладныя ў свеце 1-кубітныя вароты ў крамянёвай крамянёвай кропцы - з выдатнай вернасцю 99,96%.

Дзурак станоўча ацэньвае працу каманды СБМ: "Акрамя натуральных пераваг крэмнійных кубікаў, адна з асноўных прычын, якія нам удалося дасягнуць такіх уражлівых вынікаў, - гэта фантастычная каманда, якую мы маем тут у UNSW.

"Мой студэнт Wister і доктар Ян абодва неверагодна таленавітыя. Яны асабіста распрацавалі складаныя пратаколы, неабходныя для правядзення гэтага эксперыментальнага кантролю ".

Дэкан машынабудавання UNSW, прафесар Марк Гофман, кажа, што гэты прарыў - яшчэ адзін доказ таго, што гэтая вядучая ў свеце каманда вядзе квантовыя вылічэнні праз парог ад тэарэтычнага да рэальнага.

Хофман кажа: "Квантовыя вылічэнні - гэта касмічная гонка гэтага стагоддзя - і Сіднэй кіруе зарадкай".

"Гэты рубеж - яшчэ адзін крок да рэалізацыі буйнамаштабнага квантавага кампутара - і гэта ўзмацняе той факт, што крэмній - гэта надзвычай прывабны падыход, які, як мы мяркуем, спачатку дабярэцца да UNSW".

Спін кубіты

Спінавыя кубіты на аснове крэмніевай тэхналогіі CMOS - спецыфічнага метаду, распрацаванага групай прафесара Дзурака, - абяцаюць вялікія перспектывы для квантовых вылічэнняў з-за іх доўгага ўзгодненасці і магчымасці выкарыстоўваць існуючыя тэхналогіі інтэгральных схем для вытворчасці вялікай колькасці кубітаў, неабходных для практычнага прымянення.

Прафесар Дзурак вядзе праект па прасоўванні кубічнай тэхналогіі CMOS з крэмніем, першай у Аўстраліі квантавай вылічальнай кампаніяй.

Дзурак кажа: "Наш апошні вынік набліжае нас да камерцыялізацыі гэтай тэхналогіі. Мая група - гэта стварэнне квантавага чыпа, які можа быць выкарыстаны для рэальных прыкладанняў".

Поўнамаштабны квантавы працэсар меў бы асноўнае прымяненне ў сферы фінансаў, бяспекі і аховы здароўя - ён дапаможа выявіць і распрацаваць новыя лекі, значна паскорыўшы аўтаматызаваную распрацоўку фармацэўтычных злучэнняў. Гэта можа спрыяць распрацоўцы новых, больш лёгкіх і трывалых матэрыялаў, якія ахопліваюць бытавую электроніку да самалётаў, і больш хуткаму пошуку інфармацыі па вялікіх базах дадзеных.

Іншыя аўтары дакумента "Nature" - гэта даследчыкі UNSW Туома Танту, Рос Леон, Фей Хадсон, Андрэа Марэла і Арн Лохт, а таксама былыя члены каманды Дзурака Кок Вай Чан, Бас Хенсен, Майкл Фогарты і Джэйсан Хван. Прафесар Кохей Ітох з японскага універсітэта Кейа прадставіў праект ізатопна ўзбагачаныя крэмніевыя пласціны.

Арыгінальнае даследаванне: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1197-0