Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekanik efektlerden yararlanan bilgileri işleyen bilgi işlem sistemleri, yakında çeşitli optimizasyon ve hesaplama görevlerinde klasik bilgisayarlardan daha iyi performans gösterebilir.
Bununla birlikte, gerçek dünya ortamlarında güvenilir operasyonlarını sağlamak için, mühendisler ve fizikçiler kuantum işlemcilerin işleyişini destekleyen kuantum durumlarını tam olarak kontrol edebilmeli ve anlayabilmelidir.
Shenzhen Uluslararası Kuantum Akademisi, Tongji Üniversitesi ve Çin’deki diğer enstitülerde Dapeng Yu liderliğindeki araştırma ekibi, kuantum işlemcilerde kuantum durumlarını daha fazla doğrulukla karakterize etmek için kullanılabilecek yeni bir matematiksel araç sundu.
Önerilen yöntemleri, yayınlanan bir makalede özetlendi Fiziksel İnceleme Mektuplarısüper iletken bir kuantum işlemcide 17 kubit arasındaki dolaşmayı karakterize etmek için başarıyla kullanıldı.
The Paper’ın ortak yazarı Shuming Cheng, CEİD’a verdiği demeçte, “Çalışmamız kuantum bilgi teknolojisinde temel bir sorundan doğdu.” Dedi.
“Daha büyük ve daha güçlü kuantum bilgisayarları geliştirdiğimiz için, bu soruyu cevaplamak için nasıl çalıştıklarını ve işleyişlerini nasıl doğrulayabiliriz? Yaygın olarak kullanılan bir yöntem, kuantum sistemlerinin bilinmeyen durumlarını, kuantum kapıları için proses tomografisi ve ölçümler için dedektör tomografisini karakterize etmek için kuantum durumu tomografisi (QST) dahil olmak üzere sistem tanımlamasıdır.”
Potansiyellerine rağmen, QST ve kuantum işlemcilerin istendiği gibi çalışıp çalışmadığını belirlemek için mevcut diğer yöntemler, özellikle daha fazla sayıda kubitten oluşan daha büyük sistemlere uygulandığında etkisiz olmuştur. Bunun nedeni, çok sayıda fiziksel ölçümün toplanmasını gerektirirken, aynı zamanda analiz yapmak için önemli hesaplama gücü tüketirler.
Makalenin ilk yazarı Chang-Kang Hu, “QST ve benzeri yöntemlerin sınırlamaları, oluşturduğumuz büyük ölçekli kuantum sistemlerini doğru bir şekilde karakterize etmeyi inanılmaz derecede zorlaştırdı.” Dedi.
“Çalışmamızın temel amacı, günümüz kuantum donanımının gürültüsü ve pratik sınırlamaları ile bile daha ölçeklenebilir ve doğru olan yeni bir QST yöntemi geliştirmekti.”
Herhangi bir büyük ölçekli kuantum sisteminin eksiksiz bir resmini sağlayabilen ve ayrıca kuantum hesaplama ve iletişim için gerekli olan gerçek çoklu kubbit dolaşımının varlığını kesin olarak belgelendirmeyi amaçlıyoruz.
Cheng, “Nispeten basit bir şekilde, yaklaşımımız, kuantum sistemlerinin bulanık ve eksik fotoğrafını keskin bir odak haline dönüştürmek için sofistike bir ‘akıllı algoritma’ kullanmak olarak düşünülebilir.” Dedi.
“Bu benzetmede, ‘fotoğraf’, gürültü ve sınırlı sayıda ölçüm nedeniyle genellikle kusurlu olan kuantum işlemci üzerinde ölçüm yapmaktan toplanan ham verileri ifade eder. Buna karşılık, akıllı algoritma saflıkta düzenlenmiş en küçük kareler tahmincisi dediğimiz şeydir.”
Kuantum durumlarını karakterize etmek için, gazetenin ortak yazarları Dian Tan ve Song Liu tarafından geliştirilen araçlar iki ana adımı tamamladı. İlk olarak, toplanan ölçüme en uygun kuantum durumunun matematiksel bir açıklamasını bulmaya çalışır.
Özellikle, bu ilk adım daha önce tanıtılan QST stratejileri ile tamamlanmıştır. Araç tarafından tamamlanan ikinci adım, saflık düzenlemesi olarak adlandırılan ikinci adım, ekibin yönteminin temel yeni yönüdür.
Tany, “Yöntemimiz, devletin saflığı hakkında bilgi ekleyerek ekstra bir yol gösterici ilke sunuyor.”
“Genel olarak konuşursak, ‘saf’ bir kuantum durumu, mükemmel bir şekilde tanımlanmış ve gürültülü bir durumdur, ancak ‘karışık’ bir durum gürültü tarafından bozulur ve bu nedenle karakterize edilmesi zorlaşır. Daha doğru bir saflık seviyesine sahip bir duruma doğru yeniden yapılandırmamızı, daha iyi bir ölçüm yapamadığımızda, daha iyi bir ölçüm yapamadığımızda, daha iyi bir şekilde ilerleyebiliriz. bir resmi bozmak. “
Önerilen araçlarının potansiyelini değerlendirmek için Hu ve Tan, meslektaşları ile birlikte, oluşturdukları gerçek bir süper iletken kuantum işlemciye uyguladılar. İşlemci, özellikle 17 kubit içeren Greenberger-Horne-Zilinger (GHZ) durumu, özellikle de Greenberger-Horne-Zilinger (GHZ) durumu üretecek şekilde yapılandırıldı.
Hu, “Yöntemimiz bu durumları deneysel verilerden yeniden yapılandırmak için kullanıldı ve deneysel sonuçlar, 17-quit GHz devleti için 0.6817 (1) yüksek bir sadakat elde etmeyi başardığını doğruladı.” Dedi.
Diyerek şöyle devam etti: “Bu, durum sadakatinin yeniden yapılandırılmış durumumuzun ideal hedef duruma ne kadar yakın olduğunun önemli bir ölçüsü olduğu bu boyutta bir sistem için dikkate değer bir sonuçtur. Çalışmamızın gürültülü kuantum sistemlerini karakterize etme ve kıyaslama alanına katkıda bulunduğuna inanıyoruz.”
Ekibin 17 kubit GHz durumunun tam durumlu tomografi karakterizasyonu, bir donanım sisteminde bugüne kadar gerçekleştirilen en büyük kuantum durum rekonstrüksiyonları arasındadır. İlk testlerde elde ettikleri sonuçlar, kuantum durumu karakterizasyon stratejilerinin hem doğruluğunu hem de ölçeklenebilirliğini vurgulamaktadır.
Cheng, “Yöntemimiz, özellikle sınırlı, pratik bir ölçüm kullanırken, diğer ortak tekniklere kıyasla üstün doğruluk göstermektedir.” Dedi.
“Bu, şu anda geliştirilmekte olan daha büyük işlemciler için ayrıntılı karakterizasyonu mümkün kıldığından kritik öneme sahiptir. Ayrıca, deneylerimizin sonuçları, işlemcimizde gerçek 17-quit dolaşımının varlığını kesin olarak onaylayarak, güçlü hesaplamalar için gereken karmaşık kuantum kaynaklarını güvenilir bir şekilde üretebileceğini doğrulamaktadır.”
Gelecekte, Hu, Tan ve Cheng tarafından geliştirilen yaklaşım, diğer araştırmacılar tarafından işlemcilerin işlevselliğini güvenilir bir şekilde değerlendirmek ve altta yatan kuantum durumlarını karakterize etmek için kullanılabilir. Bu da kuantum işlemcilerin kalibre edilmesine ve sabitlenmesi gereken sorunları ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir ve potansiyel olarak kuantum teknolojilerinin gelecekteki yaygın dağıtımına katkıda bulunabilir.
Cheng, “Gelecekteki hedefimiz, yöntemimizi daha büyük ve daha karmaşık kuantum sistemlerine uygulayarak ölçek sınırlarını zorlamak olacak.”
“Bunun ötesinde, farklı kuantum algoritmalarının yürütülmesi sırasında üretilen durumları analiz etmek için bu yüksek hassasiyetli aracı kullanmayı planlıyoruz, bu da gürültünün performanslarını nasıl etkilediğini ve dolayısıyla daha etkili hata azaltma stratejileri geliştirmek için daha iyi anlamamızı sağlıyoruz.
“Nihayetinde, yaklaşımımız, hataya dayanıklı kuantum hesaplamaya doğru yolculukta önemli bir adım olan gürültülü, ara ölçekli kuantum sistemlerinin tam karakterizasyonuna doğru etkili bir yol sağlar.”
Sadie Harley tarafından düzenlenen yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılmış ve gerçek kontrol ve Robert Egan tarafından gözden geçirilen bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
