خبر

  • تک بورد - Google تصحیح خطا در پردازنده کوانتومی خود را انجام می دهد

    Google تصحیح خطا در پردازنده کوانتومی خود را انجام می دهد
    19 روز و 16 ساعت قبل

    دو گزینه برای تصحیح خطا هر دو کار می کنند ، اما سخت افزار فعلی آنها را محدود می کند.
    نسل فعلی سخت افزار کوانتوم را NISQ نامیده اند: پردازنده های کوانتومی با سر و صدا و در مقیاس متوسط. مقیاس متوسط ​​به تعداد کیوبیت اشاره دارد که به طور معمول در ده ها مورد است ، در حالی که قسمت پر سر و صدا به این واقعیت اشاره دارد که کیوبیت های فعلی به طور مکرر خطا ایجاد می کنند. این خطاها می توانند به دلیل مشک

    درازمدت ، بیشتر کارشناسان انتظار دارند که نوعی اصلاح خطا ضروری باشد. بیشتر طرح های تصحیح خطا شامل توزیع اطلاعات منطقی یک کیوبیت در چندین کیوبیت و استفاده از کیوبیت های اضافی برای ردیابی این اطلاعات به منظور شناسایی و اصلاح خطاها است.

    بازگشت به بازدید از افراد گروه محاسبات کوانتومی گوگل ، آنها ذکر کردند که طرح پردازنده آنها انتخاب شده است زیرا پیاده سازی تصحیح خطا را ساده می کند. اکنون ، تیم در حال اجرای دو طرح مختلف تصحیح خطا بر روی پردازنده است. نتایج نشان می دهد که تصحیح خطا به وضوح کار می کند ، اما ما به کیوبیت های بسیار بیشتری و میزان خطای ذاتی کمتری قبل از استفاده نیاز خواهیم داشت.

    هندسه متغیر

    در همه پردازنده های کوانتومی ، کیوبیت ها با اتصالات مرتب می شوند به همسایگانشان روشهای زیادی برای تنظیم بالقوه این اتصالات وجود دارد ، با محدودیتهایی که توسط این واقعیت ایجاد می شود که برخی از کیوبیتها باید در لبه شبکه بنشینند و اتصالات کمتری خواهند داشت. (بیشتر پردازنده هایی که تعداد کیوبیت بیشتری دارند ، یا به دلیل مشکل ساخت یا میزان خطای زیاد ، یک یا چند اتصال غیرفعال دارند).

    اتصالات بین کیوبیت ها روی تراشه Sycamore. تراشه واقعی دارای کیوبیت بسیار بیشتری است ، اما همه آنها در این الگو قرار دارند. Enlarge / اتصالات بین کیوبیت های تراشه Sycamore. تراشه واقعی دارای کیوبیت بسیار بیشتری است ، اما همه آنها در این الگو هستند. John Timmer

    Google هندسه ای را انتخاب کرد که تمام کیوبیت های داخلی به چهار همسایه متصل شوند. در همین حال ، آنهایی که در لبه هستند فقط یک جفت اتصال دارند. این طرح اصلی را در سمت راست مشاهده می کنید.

    دو طرح مختلف تصحیح خطا در زیر نمودار شده است. در هر دو نمودار ، داده ها - یک کیوبیت منطقی واحد - از طریق کیوبیت های نشان داده شده توسط نقاط قرمز پخش می شوند. نقاط آبی کیوبیتی هستند که می توانند برای بررسی خطاها اندازه گیری شوند و برای اصلاح آنها دستکاری شوند. برای تشبیه به بیت های استاندارد ، می توانید بیت های آبی را به عنوان راهی برای بررسی برابری بیت های همسایه در نظر بگیرید و در صورت بروز اشتباه ، شناسایی کیوبیت که به احتمال زیاد دچار این مشکل شده است.

    تبلیغات < p> در تنظیمات اول ، در سمت چپ ، کیوبیت های اندازه گیری و ذخیره سازی در امتداد یک زنجیره خطی متناوب هستند ، در حالی که طول زنجیره فقط به تعداد کیوبیت های پردازنده محدود می شود (که بزرگتر از نمودار نشان داده شده در اینجا است). هر کیوبیت اندازه گیری هر دو همسایه خود را ردیابی می کند. اگر هر یک از آنها یک خطای واحد را تجربه کند ، اندازه گیری آن بیت آن را تشخیص می دهد. (این کیوبیت ها هستند ، بیش از یک خطای احتمالی وجود دارد و در صورت بروز همزمان دو نوع خطا ، این طرح از کار می افتد.)

    داده ها (قرمز) و اندازه گیری (آبی) کیوبیت ها به هم متصل هستند به دو روش مختلف: به صورت یک زنجیره واحد (چپ) و یک واحد بهم پیوسته (راست). بزرگنمایی / داده ها (قرمز) و کیوبیت های اندازه گیری (آبی) به هم متصل می شوند دو روش مختلف: به عنوان یک زنجیره واحد (چپ) و یک واحد بهم پیوسته (راست). John Timmer

    طرح دوم ، در سمت راست ، به هندسه خاصی نیاز دارد و بنابراین گسترش آن در بخشهای بزرگتر پردازنده دشوارتر است. تعیین اینکه کدام یک از کیوبیت های داده هنگام تشخیص خطا مقصر است ، سخت تر است. این بدان معناست که هنگام یافتن مشکلات ، محاسبات باید کنار گذاشته شوند تا اینکه اصلاح شوند. با این حال ، مزیت آن این است که می تواند هر دو نوع خطا را به طور همزمان تشخیص دهد ، و بنابراین محافظت محکم تری ایجاد می کند.

    آیا م workثر است؟

    به طور کلی ، در واقع کارساز بود. در آنچه احتمالاً واضح ترین نمایش است ، محققان سیستم تصحیح خطی خطی را با یک زنجیره پنج کیوبیتی شروع کردند و آنها به تدریج بیشتر اضافه کردند تا اینکه زنجیره به 21 کیوبیت رسید. همانطور که زنجیره کیوبیت بیشتر و بیشتری به دست می آورد ، به تدریج قوی تر می شود ، با این که میزان خطا بین زنجیره پنج و زنجیره 21 با ضریب 100 کاهش می یابد. با این حال ، خطاها هنوز هم رخ می دهد ، بنابراین تصحیح خطا نیست در این مرحله بی عیب و نقص است. عملکرد تا 50 دور بررسی خطا ثابت مانده است.

    برای پیکربندی تصحیح خطای دوم ، خطاهایی نیز رخ داده است ، اما بیشتر آنها گرفته شده اند و به طور کلی می توان ماهیت دقیق خطا را استنباط کرد. اما از آنجا که این تنظیمات برای کار به هندسه دقیق تری نیاز دارند ، تیم آن را فراتر از تعداد محدودی کیوبیت گسترش نداد.

    خرابی های سیستم تصحیح خطا تا حدی اتفاق افتاد ، زیرا از آن خواسته شده است خیلی زیاد. برای سیستم خطی ، محققان تشخیص دادند که 11 درصد بررسی ها با تشخیص خطایی پایان یافت که قابل توجه است. این به وضوح تابعی از جنبه "پر سر و صدا" پردازنده های NISQ فعلی ما است ، اما همچنین به این معنی است که اگر قرار باشد همه آنها را تصحیح کند ، تصحیح خطا باید بسیار باورنکردنی باشد. و از آنجا که با استفاده از همان سخت افزار کار می کند ، احتمالاً خطاهایی نیز وجود دارد که کیوبیت های داده وجود دارد.

    تبلیغات

    مشکل دیگری که محققان مشاهده کردند محصولی از نوع زنجیره ای سیستم اول است . از آنجا که زنجیره از طریق پردازنده حلقه می کند ، کیوبیت هایی که در زنجیر با یکدیگر فاصله دارند می توانند از نظر فیزیکی در مجاورت یکدیگر قرار بگیرند. این نزدیکی فیزیکی به آنها اجازه می دهد تا یکدیگر را تحت تأثیر قرار دهند ، و خطاهای همبسته را در اندازه گیری ها ایجاد کنند.

    سرانجام ، کل سیستم گاهی عملکرد بسیار ضعیفی را تجربه می کند. محققان این موارد را به تأثیر اشعه های کیهانی یا منابع تابشی محلی که به تراشه برخورد می کنند نسبت می دهند. گرچه به خصوص مکرر نیست ، اما به اندازه کافی مکرر است و مشکلی ایجاد می کند و با رشد تعداد کیوبیت ها افزایش می یابد ، فقط به این دلیل که پردازنده ها یک هدف رو به رشد را ارائه می دهند.

    عملی بودن

    در پایان ، ما هنوز آنجا نیستی برای طرح دوم ، جایی که تشخیص خطاها باعث بیرون ریختن محاسبه می شود ، تیم تحقیق دریافت که بیش از یک چهارم عملیات آنها را بیرون می کشد. محققان اذعان می کنند: "ما دریافتیم که برای مشاهده سرکوب خطا در این کد ، عملکرد کلی Sycamore [پردازنده ها] باید بهبود یابد."

    حتی با زنجیره ای به طول 21 کیوبیت ، میزان خطا در پایان از هر 100000 عملیات تقریباً 1 می شود. این مطمئناً کافی است تا بتوان انتظار منطقی داشت که محاسبات بتواند با خطاهای کشف شده و اصلاح شده پیش برود. اما سپس باید به یاد داشته باشید که همه این 21 کیوبیت برای رمزگذاری یک کیوبیت منطقی استفاده شده است. حتی بزرگترین پردازنده های فعلی نیز فقط با استفاده از این سیستم ها می توانند فقط دو کیوبیت را نگه دارند.

    هیچ یک از اینها تعجب آور برای هر کسی که در دنیای رایانش کوانتومی حضور دارد ، جایی که به طور کلی پذیرفته شده است که ما قصد داریم قبل از اینکه بتوانیم به اندازه کافی کیوبیت را برای انجام محاسبات مفید تصحیح کنیم ، تقریباً به یک میلیون کیوبیت نیاز داریم. این بدان معنا نیست که پردازنده های NISQ قبل از آن مفید نخواهند بود. اگر محاسبه مهمی وجود داشته باشد که به یک میلیارد سال زمان نیاز به ابر رایانه نیاز دارد ، اجرای چند هزار بار آن روی پردازنده کوانتومی هنوز هم معامله خوبی است ، به شرطی که نتیجه ای بدون خطا ایجاد کند. اما این تصحیح اشتباه مفید باید صبر کند.

    Nature ، 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03588-y (درباره DOI ها).





خبرهای دیگر از علوم پایه