Kein Zuckerüberzug: Donut-Mathematik liefert eine Möglichkeit, Qubits länger haltbar zu machen

Sie können das innere Atmen von Nachrichtenredaktionen auf der ganzen Welt fast hören. Die Wissenschaftsjournalisten versteckten sich im Badezimmer und weinten leise. Was ist der Grund für diese Verzweiflung? jemand hat Papierkiste Es enthält das Wort „Topologie“ – etwas, das niemand erklären kann, was die Menschen dazu zwingt, sich Metaphern zuzuwenden, um Kuchen dazu zu zwingen, Kaffeetassen zu werden, obwohl kein Kaffee oder Kuchen ausgestellt ist.

Und obwohl die Topologie für die neuen Erkenntnisse von zentraler Bedeutung ist, ist es auch zufällig, sie zu erklären (jedenfalls meiner Meinung nach). Was sind das für Ergebnisse?

Eines der größten Probleme von Quantencomputern besteht darin, dass sie Fehler anhäufen, und die Geschwindigkeit, mit der dies geschieht, begrenzt die Komplexität der Probleme, die sie lösen können. Dieses neue Papier zeigt, wie Fehler reduziert werden können, nicht durch Engineering, sondern durch das Verständnis (und die Verwendung) der richtigen Quantenzustände und deren Kopplung, um ein System zu erzeugen, das von Natur aus immun gegen bestimmte Arten von Rauschen ist. Schnappen Sie sich also eine Tasse Kaffee und einen Donut und lassen Sie uns in die geschäftige Welt der Qubits eintauchen.

Teen-Qubits halten kein Rauschen aufrecht

Die Forscher arbeiteten mit einem Quantencomputer, der auf 10 gefangenen Ionen basiert. Jedes Ion ist ein Qubit (das Quantenäquivalent eines Bits), wobei die Werte Eins und Null durch den Quantenzustand des Ions bestimmt werden. Der Quantenzustand jedes Ions kann durch Anlegen von Magnetfeldern und hellen Lasern verändert werden.

Im Gegensatz zu einem digitalen System, bei dem ein Teil mit Sicherheit von eins auf null gedreht werden kann, arbeitet ein Quantencomputer in einer analogen Welt. Das Äquivalent zur Bit-Inversion in der Welt der Quantencomputer bedeutet, die Wahrscheinlichkeit umzukehren, dass ein Bit als eins oder null gemessen wird. Wenn zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit eines Qubits 75 Prozent beträgt, würde ein kleiner Umschwung dies auf 25 Prozent ändern.

Auch im Gegensatz zum digitalen System ist dieses Verfahren etwas fehleranfällig. Um einen Bit-Flip an einem Qubit durchzuführen, muss dem Qubit eine bestimmte Energiemenge zugeführt werden. Dies kann durch einen Laser erfolgen, der für eine bestimmte Dauer mit einer bestimmten Intensität leuchtet. Aber der Laser ist nicht perfekt, also verläuft keine Operation genau wie geplant. Ein invertiertes Qubit ist genau wie Westley besonders gespiegelt. Nach vielen unvollkommenen Bitschwankungen ist der Zustand eines Qubits völlig zufällig und unbrauchbar.

Eine der heimtückischeren Fehlerformen wird als korrelierter Fehler bezeichnet, bei dem Änderungen im Zustand eines der Qubits die Qubits beeinflussen, denen es mit dem ersten zugeordnet ist. Aber Sie brauchen diese Konjugation, um arithmetische Operationen durchzuführen, was eine Art Dilemma ist.

Wie bereits erwähnt, haben Qubits einen Zustand. Aber in der Quantenwelt ändert sich dieser Zustand mit der Zeit. Diese Änderung sollte einem vorhersagbaren Muster folgen, damit die Berechnungen zeitlich korrekt erfolgen können. Je vorhersehbarer sich der Zustand ändert, desto kohärenter wird das System sein. Bei kohärenten Fehlern üben benachbarte Qubits eine Anziehungskraft aufeinander aus, sodass sie sich immer noch auf nicht zufällige Weise ändern (und daher immer noch kohärent sind), aber diese Anziehungskraft bewirkt, dass die Änderung mit einer anderen Rate erfolgt. Dies bedeutet, dass die Berechnungen zeitlich nicht korrekt sind. Sie denken vielleicht, dass dies ein systematischer Fehler ist, aber es ist für jedes Konto ein anderer.

Dieses neue Papier realisiert ein Schema, das die Fibonacci-Folge zusammen mit kohärenter Kopplung zwischen Qubits verwendet, um den Aufbau kohärenter Fehler zu verlangsamen.