Двухкубитные вычисления в кремнии

МЕНЮ


Искусственный интеллект. Новости
Поиск
Регистрация на сайте
Сбор средств на аренду сервера для ai-news

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация




RSS


RSS новости

Новостная лента форума ailab.ru


Впервые в истории исследователи измерили точность двухкбитных логических операций в кремнии, что дало многообещающие результаты, которые позволят масштабировать такие вычисления на кремнии до полномасштабного квантового процессора. Исследование, проведенное командой профессора Эндрю Дзурака в UNSW Engineering, было опубликовано в журнале Nature. Эксперименты проводились по совместительству с Уистером Хуаном, аспирантом последнего года обучения в области электротехники, и доктором Генри Янгом, старшим научным сотрудником UNSW.

«Все квантовые вычисления могут состоять из операций одного кубита и двух кубитов - они являются центральными строительными блоками квантовых вычислений», - рассказал профессор Дзурак.

«Получив их, вы можете выполнять любые вычисления, какие захотите, - но точность обеих операций должна быть при этом очень высокой»

В 2015 году команда Дзурака была первой, которой удалось создать квантовые логические элементы в кремнии, сделав вычисления между двумя кубитами информации возможной. Ученые тем самым преодолели решающее препятствие для превращения кремниевых квантовых компьютеров в реальность. С тех пор ряд групп по всему миру продемонстрировали два кубитных затвора (логических элемента) в кремнии, но до выпуска этой статьи истинная точность вычислений таких двухбитовых затворов была неизвестна.

Точность имеет решающее значение для квантового успеха

«Точность является критическим параметром, который определяет, насколько жизнеспособна технология кубитов - вы можете воспользоваться огромной мощью квантовых вычислений только в том случае, если результаты операций кубитов близки к идеальным, и при этом допускаются лишь крошечные ошибки», - пояснил доктор Ян.

В этом исследовании команда внедрила и выполнила сравнительный анализ точности воспроизведения на основе метода Клиффорда, который может оценить точность кубита на всех технологических платформах - продемонстрировав в среднем точность воспроизведения вычислений двух кубитов на уровне 98%.

«Мы достигли такой высокой достоверности, охарактеризовав и уменьшив первичные источники ошибок, таким образом улучшив точность гейтов до такой степени, что на нашем двухкбитовом устройстве могут выполняться рандомизированные последовательности сравнительных тестов значительной длины - более 50 операций на один шлюз», - рассказал Хуан, ведущий автор статьи.

Квантовые компьютеры будут иметь широкий спектр важных приложений в будущем благодаря их способности выполнять гораздо более сложные вычисления с гораздо большими скоростями, включая решение проблем, которые просто не поддаются сегодняшним компьютерам.

«Но для большинства этих важных приложений потребуются миллионы кубитов, и вам придется исправлять квантовые ошибки, даже когда они небольшие», - уточнил профессор Дзурак.

«Чтобы исправление ошибок было возможно, сами вычисления на кубитах должны быть очень точными, поэтому очень важно оценить их точность работы»

«Чем точнее вычисления на ваших кубитах, тем меньше вам нужно - и, следовательно, тем быстрее мы сможем ускорить разработку и производство для реализации полномасштабного квантового компьютера»

Кремний, один из вариантов продолжения

Ученые говорят, что исследование является еще одним доказательством того, что кремний как технологическая платформа идеально подходит для масштабирования до большого числа кубитов, необходимых для универсальных квантовых вычислений. Учитывая, что кремний был в центре мировой компьютерной индустрии в течение почти 60 лет, его свойства уже хорошо изучены, и существующие производственные мощности по производству кремниевых чипов могут легко адаптироваться к этой технологии.

«Если бы наше значение точности было слишком низким, это означало бы серьезные проблемы для будущего кремниевых квантовых вычислений. Тот факт, что он составляет около 99%, ставит его на тот уровень, который нам нужен, и у нас есть прекрасные перспективы для дальнейшего улучшения. Наши результаты сразу показывают, как мы и предсказывали, что кремний является жизнеспособной платформой для полномасштабных квантовых вычислений», - сообщил профессор Дзурак.

«Мы думаем, что в ближайшем будущем мы добьемся значительно более высокой точности, открывая тем самым путь к полномасштабным, отказоустойчивым квантовым вычислениям. Сейчас мы находимся на грани точности в два кубита, которая достаточно высока для квантовой коррекции ошибок»

В другой статье, недавно опубликованной в журнале Nature Electronics, в которой доктор Ян являлся ведущим автором, эта команда также достигла рекорда по самым точным в мире 1-кубитным вентилям (логическим операциям) в кремниевой квантовой точке с замечательной точностью в 99,96%.

«Помимо естественных преимуществ кремниевых кубитов, одна из ключевых причин, по которым нам удалось достичь таких впечатляющих результатов, заключается в фантастической команде, которая у нас здесь, в UNSW. Мои: ученик Вистер и доктор Ян оба невероятно талантливы. Они лично придумали комплекс протоколов, необходимых для этого контрольного эксперимента», - пояснил профессор Дзурак.

Другими авторами исследования Nature являются ученые UNSW Туомо Тантту, Росс Леон, Фэй Хадсон, Андреа Морелло и Арне Лаухт, а также бывшие члены команды Дзурака Кок Вай Чан, Бас Хенсен, Майкл Фогарти и Джейсон Хванг, а также профессор Кохей Ито из Японии. Университет Кейо предоставил изотопно-обогащенные кремниевые пластины для проекта. Декан инженерного отдела UNSW, профессор Марк Хоффман, рассказао, что этот прорыв является еще одним доказательством того, что эта ведущая в мире команда находится в процессе перехода состояния квантовых вычислений от теоретического к реальному.

«Квантовые вычисления - это космическая гонка этого столетия, и Сидней лидирует, - уточнил профессор Хоффман.

«Эта веха является еще одним шагом на пути к созданию крупномасштабного квантового компьютера - и это подтверждает тот факт, что кремний является чрезвычайно привлекательным подходом, который, как мы полагаем, сначала осуществит группа UNSW»

Спин-кубиты, основанные на кремниевой CMOS-технологии - особом методе, разработанном группой профессора Дзурака, - имеют большие перспективы для квантовых вычислений из-за их длительного времени когерентности и возможности использовать существующие технологии интегральных схем для производства большого количества кубитов, необходимых для практического применения.

Профессор Дзурак возглавляет проект по продвижению технологии кремниевых CMOS-кубитов с помощью Silicon Quantum Computing, первой в Австралии компании по квантовым вычислениям.

«Наш последний результат приближает нас к коммерциализации этой технологии - моя группа занимается созданием квантового чипа, который можно использовать для реальных приложений», - говорит профессор Дзурак.

Полномасштабный квантовый процессор будет иметь широкое применение в секторах финансов, безопасности и здравоохранения - он поможет идентифицировать и разработать новые лекарства, значительно ускоряя автоматизированное проектирование фармацевтических соединений, он может способствовать разработке новых, более легких и прочных материалов, охватывающих бытовую электронику для самолетов, и более быстрый поиск информации в больших базах данных.

Оригинал статьи прикреплен к записи.

Пояснения к изображениям:

Рисунок 1.

Схематичное изображение логических вентилей и операций.

Рисунок 2.

Независимое и условное управление двумя кубитами.

Рисунок 3.

Томография состояний Белла.

Рисунок 4.

Двухкубитный рандомизированный бенчмаркинг.

Источник:

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190513112223.htm

#КФ

#квантовая_физика

#квантовая_механика

#квантовая_теория

#спинотроника

#теоретическая_физика


Источник: www.sciencedaily.com

Комментарии: