پروتکل آماده سازی حالت منطقی دلخواه. پانل بالایی: کد سطح به 5 ناحیه تقسیم می شود، یک کیوبیت داده مرکزی، مناطق I، II، III و IV. عملگرهای منطقی Z ̂_L و X ̂_L در کیوبیت های داده مرکزی قطع می شوند. پانل پایین: شماتیک پروتکل. همه کیوبیت ها به حالت ├ ├|0┤⟩ در ابتدای زنجیره بازنشانی می شوند. سپس کیوبیت های داده در مناطق I و III به ├ ├|+┤⟩ توسط یک گیت هادامارد، و کیوبیت داده مرکزی به حالت هدف ├ ├|ψ┤⟩ توسط اسپین گیت آماده می شوند. سپس یک دور حلقه کد سطحی اعمال می شود که وضعیت کیوبیت های داده را در فضای حالت منطقی نشان می دهد. اعتبار: یانگسن یه و همکاران
کامپیوترهای کوانتومی این پتانسیل را دارند که در برخی از وظایف، از جمله مسائل پیچیده بهینه سازی، از کامپیوترهای معمولی بهتر عمل کنند. با این حال، کامپیوترهای کوانتومی نیز در برابر نویز آسیب پذیر هستند که می تواند منجر به خطاهای محاسباتی شود.
مهندسان سعی می کنند تحمل خطا را ایجاد کنند محاسبات کوانتومی رویکردهایی که می توانند در برابر نویز قوی تر باشند و بنابراین می توانند مقیاس قوی تری داشته باشند. یکی از رویکردهای رایج برای دستیابی به تحمل خطا، آماده سازی حالت های جادویی است که به اصطلاح دروازه های غیر کلیفورد را معرفی می کنند.
محققان دانشگاه علم و فناوری چین، آزمایشگاه اطلاعات کوانتومی و رمزنگاری کلیدی هنان، و آزمایشگاه ملی هفی اخیراً آماده سازی یک حالت جادویی منطقی را با وفاداری فراتر از آستانه تقطیر یک پردازنده کوانتومی ابررسانا نشان دادند. کاغذ آنها، منتشر شده که در نامه معاینه فیزیکییک استراتژی قابل دوام و کارآمد برای ایجاد حالت‌های جادویی منطقی با دقت بالا، رویکردی برای تحقق محاسبات کوانتومی تحمل‌پذیر خطا، ترسیم می‌کند.
«ما یک برنامه بلندمدت در زمینه فناوری کوانتومی داریم تصحیح خطاپروفسور Xiao-Bo Zhu، یکی از نویسندگان مقاله، به Phys.org گفت. “پس از تکمیل کار قبلی خود بر روی یک کد سطحی برای فاصله 3 برای تصحیح خطای تکراری، ما معتقدیم که تمرکز بعدی بر روی آماده سازی حالات جادویی منطقی است.”
هدف نهایی تحقیقات اخیر پروفسور ژو و همکارانش تحقق محاسبات کوانتومی پایدار، متحمل به خطا و جهانی است. آماده‌سازی حالت‌های جادویی منطقی یک گام کلیدی برای پیاده‌سازی گیت‌های منطقی غیرکلیفورد است که به نوبه خود منجر به دستیابی به محاسبات کوانتومی تحمل‌پذیر خطا می‌شود.
به عبارت ساده، ایده اصلی پروتکل ما این است که ابتدا حالت آماده سازی را به یکی از کیوبیت های کد سطحی تزریق کنیم و سپس اطلاعات وضعیت را به کل کد سطحی “انتشار” کنیم و در نتیجه به یک حالت منطقی دست یابیم. پروفسور ژو توضیح داد. در این پروتکل، انتخاب موقعیت تزریق حالت آماده سازی و حالت های اولیه کیوبیت های دیگر مهم است.
نتایج تجربی از حالت های منطقی مختلف آماده شده. (الف) وفاداری منطقی حالت با انتخاب بعدی در حوزه بلوخ. دقت آماده‌سازی حالت‌های منطقی مختلف به‌صورت دایره‌ای نشان داده می‌شود که به بخش‌های حلقوی متعدد تقسیم می‌شود، که هر یک نقطه‌ای در کره بلوک را نشان می‌دهد، با جهت شعاعی نشان‌دهنده زاویه قطبی θ و جهت مماسی نشان‌دهنده زاویه افقی است. میانگین دقت منطقی حاصل 0.8983 است. (ب) نتایج اندازه‌گیری منطقی X ̂_L، Y ̂_L، Z ̂_L به عنوان تابعی از زاویه قطبی θ یا زاویه‌ای ازیموتال φ. منحنی های چین دار رنگی نتیجه تطبیق با یک تابع مثلثاتی هستند. ج) ماتریس های چگالی منطقی حالات جادویی. قسمت های واقعی و خیالی به طور جداگانه نشان داده می شوند و قاب های شفاف نشان دهنده تفاوت از ماتریس چگالی ایده آل هستند. اعتبار: یانگسن یه و همکاران
پروتکل ارائه شده توسط این تیم از محققان، یک استراتژی ساده، تجربی قابل اجرا و مقیاس پذیر را برای آماده سازی حالت های جادویی خام با دقت بالا در پردازنده های کوانتومی ابررسانا ترسیم می کند. به عنوان بخشی از مطالعه اخیر خود، پروفسور ژو و همکارانش این پروتکل را بر روی Zuchongzhi 2.1، یک پروفسور کوانتومی 66 کیوبیت با طراحی جفت قابل تنظیم، پیاده سازی کردند.
پروفسور ژو می گوید: «طراحی این پردازنده به ما اجازه می دهد تا تعامل بین هر دو کیوبیت همسایه را دستکاری کنیم و اطمینان حاصل کنیم که دروازه های کوانتومی ما علیرغم درجه موازی زیاد، از دقت بالایی برخوردار هستند. این طراحی همچنین مقیاس کیوبیت ها را روی یک پردازنده منفرد ترجیح می دهد.
هنگامی که محققان پروتکل خود را بر روی پردازنده Zuchongzhi 2.1 پیاده سازی کردند، به نتایج بسیار امیدوار کننده ای دست یافتند. به طور خاص، آنها به طور غیرمخرب سه حالت جادویی منطقی را با دقت منطقی 0.0009±0.8771، 0.0009±0.9090 و 0.0010±0.8890 تهیه کردند که بالاتر از آستانه پروتکل برای حالت تقطیر حالت 85e و 85e برای حالت 0.85e، 0. (برای حالت جادویی نوع T).
پروفسور ژو گفت: «ما با آماده‌سازی موفقیت‌آمیز یک حالت جادویی منطقی در فاصله سه با دقت بیش از آستانه تقطیر، به یک نقطه عطف در توسعه محاسبات مقاوم در برابر خطا مبتنی بر کد سطح دست یافتیم.» “این نتیجه نشان می دهد که ما می توانیم حالت های جادویی با دقت پایین را به زنجیره تقطیر حالت جادویی وارد کنیم، چندین تقطیر را برای به دست آوردن حالت های جادویی با کیفیت کافی انجام دهیم، و متعاقبا از آنها برای ساخت دروازه های منطقی غیرکلیفورد مقاوم به خطا استفاده کنیم.”
در آینده، پروتکل توسعه یافته توسط پروفسور ژو و همکارانش ممکن است توسط سایر تیم های تحقیقاتی برای پیاده سازی استفاده شود دقت بالا حالت های جادویی منطق خام با استفاده از طیف وسیع تری از پردازنده های کوانتومی ابررسانا. در نهایت، این می تواند به تحقق محاسبات کوانتومی پایدار و مقاوم در برابر خطا کمک کند، که به نوبه خود می تواند توسعه کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگتر را امکان پذیر کند.
پروفسور ژو افزود: “در زمینه تصحیح خطای کوانتومی، ما قصد داریم به بررسی دو جهت اصلی تحقیقاتی ادامه دهیم.” اول، هدف ما بهبود عملکرد یک کیوبیت منطقی (یا حافظه کوانتومی تصحیح شده با خطا) با کاهش نرخ خطای دستکاری فیزیکی و افزایش تعداد کیوبیت‌های کدگذاری‌شده است، در نتیجه نرخ خطای منطقی را تا سطوح عملی سرکوب می‌کنیم. دوم، ما انجام می دهیم مطالعات تجربی در عملیات منطقی تصحیح شده با خطا، مانند جراحی شبکه، برای کاربرد در محاسبات کوانتومی متحمل به خطا در آینده.”
اطلاعات بیشتر:
یانگسن یه و همکاران، آماده سازی حالت جادویی منطقی با وفاداری بالاتر از آستانه تقطیر در یک پردازنده کوانتومی ابررسانا، نامه معاینه فیزیکی (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.210603
© 2023 Science X Network
نقل قول: یک حالت جادویی منطقی با دقت بالاتر از آستانه تقطیر که در یک پردازنده کوانتومی ابررسانا (2023، 27 دسامبر)، بازیابی شده در 29 دسامبر 2023، از https://phys.org/news/2023-12-logical-magic – دولت-وفاداری-تقطیر. html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه برای اهداف مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
