Обо мне
Здравствуйте, меня зовут Никита, я студент ДНУ. В этом блоге я буду выкладывать G-переводы статей.
Дата: 29 ноября 2018 г.
Источник:Университет Южной Калифорнии
Ученые USC продемонстрировали теоретический метод повышения производительности квантовых компьютеров, важный шаг для масштабирования технологии с потенциалом для решения некоторых из самых больших проблем общества.
Этот метод устраняет слабость, которая ставит в тупик производительность компьютеров следующего поколения, подавляя ошибочные вычисления при одновременном повышении точности результатов, что является критическим шагом, прежде чем машины смогут превзойти классические компьютеры, как и предполагалось. Названный «динамическая развязка», он работал на двух квантовых компьютерах, оказался проще и надежнее, чем другие средства, и к нему можно было получить доступ через облако, которое является первым для динамической развязки.
Техника применяет стаккато всплески крошечных, сфокусированных энергетических импульсов, чтобы компенсировать окружающие помехи, которые мешают чувствительным вычислениям. Исследователи сообщают, что они могли поддерживать квантовое состояние до трех раз дольше, чем это могло бы происходить в неконтролируемом состоянии.
«Это шаг вперед», - сказал Даниэль Лидар, профессор электротехники, химии и физики в USC и директор Центра квантовой информационной науки и технологии (CQIST). «Без подавления ошибок квантовые вычисления не смогут обогнать классические вычисления».
Квантовые компьютеры быстры, но хрупки
Квантовые компьютеры могут сделать устаревшими современные суперкомпьютеры и сделать прорыв в области медицины, финансов и обороны. Они используют скорость и поведение атомов, которые радикально отличаются от кремниевых компьютерных микросхем, для выполнения, казалось бы, невозможных вычислений.
Квантовые вычисления имеют потенциал для оптимизации новых лекарств, моделей для изменения климата и дизайна для новых машин. Они могут обеспечить более быструю доставку продукции, снижение затрат на промышленные товары и более эффективную транспортировку. Они питаются кубитами, субатомными рабочими лошадками и строительными блоками квантовых вычислений.
Но кубиты так же темпераментны, как и высокопроизводительные гоночные машины. Они быстрые и высокотехнологичные, но склонны к ошибкам и нуждаются в стабильности, чтобы выдержать вычисления. Когда они работают неправильно, они дают плохие результаты, что ограничивает их возможности по сравнению с традиционными компьютерами. Ученые всего мира еще не достигли «квантового преимущества» - точки, в которой квантовый компьютер превосходит обычный компьютер в любой задаче.
Проблема - это «шум», универсальный дескриптор для таких возмущений, как звук, температура и вибрация. Он может дестабилизировать кубиты, что создает «декогеренцию», расстройство, которое нарушает длительность квантового состояния, что сокращает время, в течение которого квантовый компьютер может выполнять задачу, достигая при этом точных результатов.
«Шум и декогеренция оказывают большое влияние и разрушают вычисления, а квантовый компьютер со слишком большим количеством шума бесполезен», - пояснил Лидар. «Но если вы можете устранить проблемы, связанные с шумом, то вы начинаете приближаться к точке, в которой квантовые компьютеры становятся более полезными, чем классические компьютеры».
USC исследования охватывают несколько платформ квантовых вычислений
ОСК - единственный в мире университет с квантовым компьютером; его квантовый отжиг D-Wave на 1098 кубитов специализируется на решении задач оптимизации. Являясь частью Центра квантовых вычислений USC-Lockheed Martin, он расположен в Институте информационных наук USC. Тем не менее, последние результаты исследований были получены не на машине D-Wave, а на небольших квантовых компьютерах общего назначения: 16-кубитовом QX5 от IBM и 19-кубитовом Acorn от Rigetti.
Для достижения динамической развязки (DD) исследователи купали сверхпроводящие кубиты с сильно сфокусированными синхронизированными импульсами минимальной электромагнитной энергии. Манипулируя импульсами, ученые смогли охватить кубиты в микроокружении, отделенном - или отделенном - от окружающего окружающего шума, что позволило сохранить квантовое состояние.
«Мы испробовали простой механизм уменьшения ошибок в машинах, которые оказались эффективными», - сказал Бибек Покхарел, аспирант-электротехник в ОСК Витерби и первый автор исследования.
Временные последовательности для экспериментов были чрезвычайно малы - до 200 импульсов, охватывающих до 600 наносекунд. Одна миллиардная доля секунды, или наносекунда, - это сколько времени требуется свету, чтобы пройти один фут.
Для квантовых компьютеров IBM конечная точность воспроизведения увеличилась в три раза - с 28,9 до 88,4 процента. По данным исследования, для квантового компьютера Rigetti окончательное улучшение качества воспроизведения составило более скромные 17 процентов - с 59,8 до 77,1. Ученые проверили, как долго можно поддерживать улучшение точности, и обнаружили, что большее количество импульсов всегда улучшало значение для компьютера Rigetti, в то время как для компьютера IBM было ограничение в 100 импульсов.
В целом, результаты показывают, что метод DD работает лучше, чем другие методы квантовой коррекции ошибок, которые были предприняты до сих пор, сказал Лидар.
«Насколько нам известно, - писали исследователи, - это составляет первую недвусмысленную демонстрацию успешного уменьшения декогеренции в облачных сверхпроводящих платформах кубитов ... мы ожидаем, что извлеченные уроки будут иметь широкое применение».
Высокие ставки в гонке за квантовое превосходство
Стремление к превосходству в области квантовых вычислений является геополитическим приоритетом для Европы, Китая, Канады, Австралии и США. Преимущество, полученное от приобретения первого компьютера, который делает все остальные компьютеры устаревшими, будет огромным и принесет победителю экономические, военные и общественные преимущества.
Конгресс рассматривает два новых законопроекта, чтобы утвердить США в качестве лидера в области квантовых вычислений. В сентябре Палата представителей приняла Закон о Национальной квантовой инициативе, который предусматривает выделение 1,3 миллиарда долларов в течение пяти лет для стимулирования исследований и разработок. Это создаст Национальное Квантовое Координационное Бюро в Белом Доме, чтобы контролировать исследования по всей стране. Отдельный законопроект, Закон об исследованиях квантовых вычислений сенатора Камалы Харрис, штат Калифорния, предписывает Министерству обороны возглавить усилия по квантовым вычислениям.
«Квантовые вычисления - это следующий технологический рубеж, который изменит мир, и мы не можем позволить себе отстать», - сказал Харрис в подготовленных замечаниях. «Это может создать рабочие места для следующего поколения, вылечить болезни и, прежде всего, сделать нашу страну сильнее и безопаснее ... Без адекватных исследований и координации в области квантовых вычислений мы рискуем отстать от нашей глобальной конкуренции в киберпространстве, что оставляет нас уязвимы для атак наших противников ", - сказала она.
- Бибек Покхарел, Намит Ананд, Бенджамин Фортман, Даниэль А. Лидар. Демонстрация улучшения точности с использованием динамической развязки со сверхпроводящими кубитами. Physical Review Letters , 2018; 121 (22) DOI:10.1103 / PhysRevLett.121.220502