I et forsøg på at fremskynde kvantemålinger, en ny Fysiske gennemgangsbreve Undersøgelse foreslår en space-time kompromissering, der kan være meget gavnlig for kvanteberegningsprogrammer.
Quantum Computing har flere udfordringer, herunder fejlhastigheder, qubit -stabilitet og skalerbarhed ud over et par qubits. Imidlertid er en af de mindre kendte udfordringer kvante computing-ansigter troens tro og hastighed for kvantemålinger.
Undersøgelsens forskere vedrører denne udfordring ved at bruge yderligere eller tilknyttede qubits til markant at reducere målingstiden under opretholdelse eller forbedring af målingens kvalitet.
Anført af Christopher Corlett, professor Noah Linden og Dr. Paul Skrzypczyk fra University of Bristol, var arbejdet en samarbejdsindsats, herunder medlemmer fra University of Oxford, University of Strathclyde og Sorbonne Université.
LektieForum talte med Corlett, professor Linden og Dr. Skrzypczyk om deres arbejde.
“Målingsprocessen i kvantemekanik er en af dens vigtigste og fascinerende funktioner. Det er også vigtigt for fremtidige kvanteteknologier,” forklarede Corlett.
“Præcise og hurtige kvantemålinger er afgørende for udviklingen af nye kvanteteknologier. De seneste sædresultater i kvantefejlkorrektion viser behovet for hurtige og nøjagtige målinger for at lette fejlafkodning, uden hvilken fejltolerance ville være umulig,” tilføjede Dr. Skrzypczyk.
Måleudfordringen
Der er uendeligt mange målinger, der kan udføres på en qubit. En særlig vigtig en undersøger, om det er en af to naturlige tilstande: 0 eller 1. At udføre denne måling nøjagtigt typisk involverer sondering af quubit i lang tid.
Disse længere målinger giver typisk højere nøjagtighed, men indfører signifikant overhead og forsinkelse, især problematiske til målinger af midtkredsløb, der kræves i kvantefejlkorrektion. Derudover introducerer længere målinger støj og decoherence, der kan akkumuleres i løbet af denne tid.
Forskerne forklarer dette med en analogi.
“Forestil dig, at du har vist et billede af to glas vand, det ene glas med 100 ml og det andet med 90 ml, og du skal ved synet at bestemme, hvilket glas har mere vand.
“Hvis du kun har vist billedet i et sekund, kæmper du måske for at fortælle, hvilket glas der er mere fuldt. Hvis du imidlertid har vist billedet i to sekunder, kan du være mere sikker på, hvilket glas der er mere fuldt,” forklarede Corlett.
Forskerne brugte en supplerende qubit til at forstærke mængden af information, som målingen kan samle om qubit -tilstand på en fast mængde tid.
Det er som at fordoble volumenet på hvert glas; En forskel på 20 ml ville være lettere at observere end en forskel på 10 ml. Det giver mere tillid til svaret. Hvis denne proces fortsættes, og mængden af information kontinuerligt øges, reduceres den tid, det tager at svare på.
“At fortsætte med analogien ville tilføje en anden hjælpespil tredoblet mængderne til 300 ml og 270 ml, som du ville være i stand til at skelne med selvtillid på 0,66 sekunder. På denne måde kan du opnå en lineær stigning i aflæsningshastighed med antallet af qubits,” forklarede professor Corlett.
Handelstid for plads
Forskernes ordning bygger på tidligere protokoller, der bruger gentagelseskoder til fejlkorrektion. Denne metode sammenfiltrer målet qubit (på hvilken måling skal udføres) med hjælpemidler.
Mere specifikt er målet qubit sammenfiltret med N-1-tilknyttede qubits. Oplysningerne fra målet qubit kopieres derefter til alle de supplerende qubits ved hjælp af såkaldte CNOT-porte.
Her ligger innovationen. I stedet for at måle målet qubit for tid T, måles alle n qubits (mål og tilknyttet) samtidigt i t/n -tiden. Alle målinger tilføjes derefter for et kombineret resultat, hvilket giver den samme statistiske tillid som en længere enkelt måling.
Rummet (antallet af anvendte qubits) handles for tiden. Målingen af en enkelt qubit i fem sekunder er den samme som at måle fem qubits samtidigt i et sekund.
“Bemærkelsesværdigt tillader dette, at kvaliteten af en måling opretholdes eller forbedres, selvom det er fremskyndet. Ordningen er vidt anvendelig til en bred vifte af førende kvantehardwareplatforme, herunder kolde atomer, fanget ioner og superledende qubits,” sagde Corlett.
Robust mod støj
Forskerne undersøgte først deres skema under ideelle forhold uden støj og derefter med realistiske støjmodeller. De fandt, at den ideelle sag viste en perfekt lineær speedup med antallet af qubits.
Støjmodellerne viste også signifikant speedup og havde undertiden bedre end lineær forbedring. Forskerne viste, at deres tilgang kan opnå højere maksimal målingskvalitet end tidligere muligt.
“Det er utroligt vigtigt at sikre, at vores ordning er robust over for denne støj, da det sikrer, at det er nyttigt til implementering i den virkelige verden, hvor støj er uundgåelig,” sagde professor Linden.
Forskerne er ivrige efter at se den eksperimentelle implementering af deres ordning og arbejder på at udvikle den mere detaljeret for specifikke systemer som superledende qubits.