Переработка, повторное использование и пополнение запасов: Квантовый путь 🌿

Эй, энтузиасты квантовых вычислений! 🚀 Недавно наткнулся на некоторое исследование, которое может перевернуть игру в области квантовой информатики. Давайте погрузимся в это с юмором и изрядной долей сарказма – ведь нам всем нужно иногда посмеяться, верно? 😄

📚 Квантовая революция в переработке

Итак, получается, что девиз ‘сокращай, используй повторно, перерабатывай’ не только для обычных экологических активистов. Квантовые ученые теперь применяют его к кубитам! 🤯 Исследователи из Atom Computing, Microsoft Quantum и нескольких других важных игроков продемонстрировали возможность повторного использования и замены вспомогательных кубитов во время выполнения схемы, поддерживая длительные квантовые операции с отказоустойчивостью на процессорах нейтральных атомов. 🤓

Использование вспомогательных средств вместо утраченных

Нейтрально-атомные системы известны своей масштабируемостью и гибкой связностью, но у них всегда было слабое место: потеря атомов. Будь то из-за нагрева, измерений или просто общего хаоса квантового мира, утрата атомов являлась существенным препятствием.

Но не бойтесь! Команда показала, что эти вспомогательные кубиты (иначе говоря, «помощники») могут быть повторно использованы и заменены в середине процесса без нарушения когерентности. Они достигли до 41 раунда обнаружения ошибок с использованием кодов повторения при сохранении стабильного уровня ошибок. Это похоже на квантовую версию самовосстанавливающегося компьютера! ️

Логические вычисления с кодами повторения

В эксперименте была реализована модифицированная версия протокола коррекции ошибок с использованием повторных кодов, классического метода защиты от ошибок битового переворота. Исследователи настроили схему так, чтобы роли данных и анциллярных кубитов менялись каждый цикл, обеспечивая возможность измерения, охлаждения и замены каждого атома по мере необходимости.

Они протестировали две версии: фазонезависимую версию и фазу-чувствительную версию. Фазу-чувствительная версия ввела гейты Хадамарда для обнаружения сдвигов фазы. Для тех из вас, кто только начинает знакомство с этим материалом, ошибка переворота похожа на то, как свет включается вместо того, чтобы остаться выключенным, а фазовая ошибка — это когда внутреннее колебание кубита отклоняется от заданного темпа.

Исследование сообщает о средней логической скорости отказа примерно в 0.4% после достижения условия успеха. Это обнадеживающий уровень надежности, особенно для платформы, которая все еще находится на ранней стадии своего развития.

Смена перезарядки в середине цикла из атомного луча

Одной из самых интересных продемонстрированных возможностей является способность пополнять запас атомов в середине схемы. Ранее это считалось слишком разрушительным для сохранения квантовой когерентности. Система осуществляет это путем транспортировки атомов от магнитооптической ловушки (MOT), находящейся на расстоянии 30 сантиметров, с использованием движущейся оптической решетки.

Результаты показали, что процесс пополнения сохранял связность свыше 95%, почти не уступая работе без нагрузки той же продолжительности. MOT можно было загружать непрерывно параллельно с другими операциями с минимальными эффектами декогеренции.

Архитектура системы: зональная и модульная

Исследователи ссылаются на зону архитектуры, которая лежит в основе этого метода. Представьте себе квантовую сборочную линию: квантовый процессор состоит из отдельных физических областей: регистр для операций квантовой логики, зоны взаимодействия для двухкубитных ворот, зоны измерения для считывания данных и области хранения/загрузки для управления атомами. Атомы перемещаются между этими зонами с помощью подвижных пинцетов.

Эта модульная структура позволяет системе изолировать чувствительные квантовые операции от потенциально разрушительных шагов, таких как измерение или загрузка данных. Она также обеспечивает условное перемещение атомов на основе обратной связи в реальном времени, что является ключевым требованием для корректного функционирования.

🚀 Долгосрочные нейтральные атомные системы

Согласно команде, одно из последствий заключается в том, что процессоры квантовых нейтральных атомов, несмотря на их подверженность потере атома, могут достичь практических характеристик устойчивости к ошибкам путем активного управления жизненным циклом кубитов. Измерения середины, сброс и замена атомов вместе позволяют квантовой информации сохраняться дольше, чем время жизни одного отдельного атома. 🌱

Конечно, предстоит ещё немало работы. В будущем планируется разработка этих методов для квантовых кодов, которые исправляют ошибки как при перевороте битов, так и при фазовых ошибках, увеличение количества вовлеченных атомов и зон, а также оптимизация коэффициентов потерь и точности операций внутри цепи.

🤝 Сотрудничество и будущее

Присутствие исследователей из Microsoft Quantum среди соавторов указывает на растущее сотрудничество между Atom Computing и Microsoft. Это партнерство закладывает основу для интеграции передовых протоколов отказоустойчивости с масштабируемыми атомными архитектурами.

Статья на arXiv технологически глубже рассматривает тему, чем это краткое изложение, поэтому рекомендуется изучить исследование для более точных технологических деталей. ArXiv является сервером препринтов, то есть работы еще не прошли официальный процесс рецензирования коллегами — ключевого этапа научного метода.

Как однажды сказал Джеймс Клерк Максвелл: ‘Истинная логика этого мира заключается в исчислении вероятностей.’ В квантовом мире кажется, что мы становимся лучше в вычислении этих вероятностей и делаем наши системы более надежными.

Оставайтесь в курсе самых захватывающих квантовых разработок! И не забудьте подписаться на мой профиль в LinkedIn, чтобы быть в курсе всех последних обновлений. 🌟