Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Naukowcy opracowali pierwszy kwantowy układ scalony z układem korekcji błędów

ghost666 08 Mar 2015 17:44 9951 0
  • Naukowcy opracowali pierwszy kwantowy układ scalony z układem korekcji błędówJeśli naukowcom uda się opracować w pełni kwantowy komputer, świat przetwarzania informacji dozna prawdziwej rewolucji. Pozwoli to na tworzenie układów o nieporównywalnie wyższym stopniu wyrafinownia, prędkości i o wiele mniejszym zużyciu energii. Przy układach tego rodzaju dzisiejsze komputery wydają się rodem z Epoki Kamienia Łupanego.

    Jednakże zanim będzie to możliwe, konieczne jest, aby naukowcy - jak zespół profesora Johna Martinisa z Santa Barbara - opracowali układy, pozwalające na wykorzystanie tych ogromnych mocy drzemiących w kwantowych bitach - tzw. qbitach - jednocześnie kompensując wszystkie błędy, jakie wprowadza do realnego układu jego otoczenie.

    Naukowcy z grupy profesora Martinisa nazywają swoje osiągnięcie istotnym kamieniem milowym w swojej dziedzinie. Udało im się opracować kwantowy układ scalony, który wyposażony jest w system korekcji błędów, skutecznie je tłumiący i zachowujący jednocześnie kwantowy stan qbitu. Takie rozwiązanie pozwala na budowę niezawodnego komputera kwantowego. Umożliwi to wielkoskalową implementację kwantowych, nadprzewodzących systemów komputerowych.

    Okazuje się, że utrzymanie qbitów wolnymi od błędów i jednocześnie dostatecznie stabilnymi, aby możliwe było powtarzanie operacji kwantowych, jest trudnym zadaniem. To główne zmartwienie naukowców zajmujących się tym tematem.

    "Jednym z największych wyzwań na drodze do kwantowego przetwarzania informacji są błędy tworzące się na qbitach" - mówi Julian Kelly, student pracujący nad tym zagadnieniem i współautor artykułu opublikowanego niedawno w prestiżowym czasopiśmie Nature. Artykuł dostępny jest tutaj http://www.nature.com/nature/journal/v519/n7541/full/nature14270.html . "Jeżeli zapiszesz jakieś informacje na qbicie, to po chwili on i tak je zapomni" - podsumowuje Kelly.

    Odmiennie niż w przypadku klasycznych komputerów, które przechowują informacje binarnie, w postaci stanów 0 lub 1 ("tak/nie" albo "prawda/fałsz") , komputery kwantowe zapisują informacje w inny sposób, co także tłumaczy ich łatwość w 'zapominaniu' informacji. Qbity istnieć mogą we wszystkich stanach jednocześnie, dzięki superpozycji stanów. Szczególnie w warunkach zaszumionego otoczenia, qbity mogą przez to zmieniać stan, co jest źródłem istotnych problemów.

    "Trudno przetwarzać informacje, jeśli te po prostu znikają" - podsumowuje Kelly.





    Jednakże ta przeszkoda mogła zostać właśnie usunięta przez naukowców z grupy profesora Martinis: oprócz Kellego są to Rami Barends i Austin Fowler. Proces powstawania błędów zostaje powstrzymany dzięki wykorzystaniu kilku qbitów. Jak mówią naukowcy - informacja przechowywana jest na kilku qbitach, co zapobiega jej utracie.

    "Naszym pomysłem jest wykorzystanie dziewięciu qbitów do skonstruowania układu, który monitoruje ewentualne błędy. Qbity w sieci są odpowiedzialne za pilnowanie czy informacje w sąsiednich qbitach nie ulegają samoczynnej zmianie". Dzięki wykorzystywaniu odpowiedniego systemu korekcji błędów informacje mogą być przechowywane w takim układzie o wiele dłużej niż w pojedynczym qbicie.

    "Po raz pierwszy udało się zaprezentować kwantowy układ, który jest w stanie korygować swoje własne błędy" - mówi Foiwler. W przewidywanych do realnej aplikacji komputerach kwantowych, liczba qbitów realizujących algorytmy sięga setek milionów, więc konieczne są systemy korekcji błędów, dzięki czemu możliwe będzie skonstruowanie niezawodnego systemu.

    Kluczowym aspektem detekcji błędów i ich korekcji jest opracowany przez Fowlera tak zwany kod powierzchniowy. Ten algorytm korzysta z informacji na temat parzystości zmiany stanu qbitu (o ile taka występuje). Dzięki temu, że nie duplikuje się danych, w celu obliczania parzystości, jak dzieje się to w klasycznych komputerach, dane w qbitach pozostają nienaruszone, ponieważ nie zostały w żaden sposób zaobserwowane.

    Czemu? Ponieważ tak właśnie działa fizyka kwantowa. "Nie można zmierzyć stanu kwantowego i oczekiwać, że nadal będzie kwantowy" - tłumaczy Barends. Sam moment pomiaru powoduje zatrzaśnięcie qbitu w określonym stanie, odbierając mu właściwość superpozycji stanów. Dlatego też dane odnośnie parzystości pobiera się z sąsiadujących qbitów, tak jakby mierząc parzystość obok.

    "Dzięki temu możliwe jest pobranie niewielkiej porcji informacji - na tyle dużej, że możliwa jest detekcja błędów, ale nie niszczącej własności kwantowych układu" - mówi Kelly.

    Rozwój w tej dziedzinie pokazuje aktualny punkt wspólny teoretycznej i eksperymentalnej części fizyki, stojącej za technologiami kwantowymi. Najnowszy algorytm stabilizacji qbitów jest ogromnym postępem w tej dziedzinie "kamieniem milowym" - jak mówi Barends - "ponieważ oznacza to, że to, co ludzie wymyślili już kilka dekad temu jest możliwe do realizacji w rzeczywistym systemie".

    Grupa profesora Martinisa kontynuuje prace nad udoskonaleniem tego niezwykle istotnego narzędzia. Udowodniono, że zaproponowana metoda korekcji błędów zapobiega przypadkowej zmianie wartości bitu, jednakże naukowcy skupić muszą się jeszcze na błędach niezmieniających samej wartości, a fazę qbitu, gdyż tego rodzaju błędy są drugimi po zmianie stanu najpoważniejszymi w systemach kwantowych. Dodatkowo planem jest także pokazanie, iż opracowany przez badaczy algorytm jest w stanie funkcjonować poprawnie przez dłuższy czas.

    Grupa z Santa Barbara weszła w partnerstwo z firmą Google rozwijającą od niedawna systemy kwantowe.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2015-03-first-ever-quantum-device-errors.html#jCp


    Fajne! Ranking DIY