ความผิดปกติในชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องได้รับการออกแบบมาให้สมบูรณ์แบบ

การวิจัยที่ดำเนินการภายใน Cluster of Excellence ‘Matter and Light for Quantum Computing’ (ML4Q) ได้วิเคราะห์โครงสร้างอุปกรณ์ล้ำสมัยของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อแสดงให้เห็นว่าบางส่วนทำงานอย่างอันตรายใกล้กับเกณฑ์ของการล่มสลายที่วุ่นวาย ความท้าทายคือการเดินเส้นบาง ๆ ระหว่างความผิดปกติที่สูงเกินไป แต่ยังต่ำเกินไปที่จะป้องกันการทำงานของอุปกรณ์ การศึกษา ‘แพลตฟอร์ม Transmon สำหรับการคำนวณควอนตัมที่ท้าทายจากความผันผวนที่วุ่นวาย’ ได้รับการเผยแพร่ในวันนี้ใน การสื่อสารธรรมชาติ.

ในการแข่งขันเพื่อสิ่งที่อาจกลายเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในอนาคต ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีอย่าง IBM และ Google กำลังลงทุนทรัพยากรมหาศาลในการพัฒนาฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ควอนตัม อย่างไรก็ตาม แพลตฟอร์มปัจจุบันยังไม่พร้อมสำหรับการใช้งานจริง ยังคงมีความท้าทายหลายประการ รวมถึงการควบคุมความไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์ (‘ความผิดปกติ’)

เป็นข้อควรระวังด้านความมั่นคงแบบเก่า: เมื่อคนกลุ่มใหญ่ข้ามสะพาน พวกเขาจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการเดินขบวนเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการสั่นพ้องทำให้การก่อสร้างไม่มั่นคง บางทีในทางตรงข้ามกับสัญชาตญาณ ตัวประมวลผล superconducting transmon qubit ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มขั้นสูงทางเทคโนโลยีสำหรับการคำนวณควอนตัมซึ่งเป็นที่โปรดปรานของ IBM, Google และกลุ่มบริษัทอื่น ๆ อาศัยหลักการเดียวกัน: ความผิดปกติโดยเจตนาจะขัดขวางการก่อตัวของความผันผวนที่วุ่นวายจึงกลายเป็นส่วนสำคัญ ของการผลิตโปรเซสเซอร์หลายคิวบิต

เพื่อให้เข้าใจประเด็นที่ดูเหมือนขัดแย้งนี้ เราควรคิดว่า transmon qubit เป็นลูกตุ้มชนิดหนึ่ง Qubits เชื่อมโยงกันเพื่อสร้างโครงสร้างการคำนวณกำหนดระบบของลูกตุ้มคู่ – ระบบเช่นเดียวกับลูกตุ้มคลาสสิกสามารถตื่นเต้นได้อย่างง่ายดายต่อการแกว่งขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้พร้อมผลร้าย ในโลกควอนตัม การสั่นที่ควบคุมไม่ได้ดังกล่าวนำไปสู่การทำลายข้อมูลควอนตัม คอมพิวเตอร์ใช้งานไม่ได้ ‘การปรับจูน’ ในท้องถิ่นของลูกตุ้มเดี่ยวที่ตั้งใจตั้งใจทำให้ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นที่อ่าว

คริสตอฟ เบิร์ก นักศึกษาปริญญาเอกปีสุดท้ายของกลุ่มไซมอน เทรบสต์แห่งมหาวิทยาลัยโคโลญ และผู้เขียนบทความคนแรกอธิบายว่า “ชิปทรานสมอนไม่เพียงแต่ทนทานเท่านั้น แต่ยังต้องการความไม่สมบูรณ์ของอุปกรณ์จากคิวบิตถึงคิวบิตแบบสุ่มอย่างมีประสิทธิภาพ” ‘ในการศึกษาของเรา เราถามว่าหลัก “ความเสถียรจากการสุ่ม” มีความน่าเชื่อถือเพียงใดในทางปฏิบัติ ด้วยการใช้การวินิจฉัยที่ล้ำสมัยของทฤษฎีระบบที่ไม่เป็นระเบียบ เราสามารถค้นพบว่าสถาปัตยกรรมระบบที่ดำเนินการตามอุตสาหกรรมอย่างน้อยที่สุดบางส่วนนั้นใกล้เคียงกับความไม่แน่นอนอย่างอันตราย’

จากมุมมองของฟิสิกส์ควอนตัมพื้นฐาน โปรเซสเซอร์ทรานสมอนเป็นระบบควอนตัมหลายตัวที่มีระดับพลังงานเชิงปริมาณ เครื่องมือตัวเลขล้ำสมัยช่วยให้สามารถคำนวณระดับที่ไม่ต่อเนื่องเหล่านี้เป็นฟังก์ชันของพารามิเตอร์ระบบที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้ได้รูปแบบที่คล้ายกับเส้นสปาเก็ตตี้ที่ปรุงสุกแล้ว การวิเคราะห์โครงสร้างดังกล่าวอย่างรอบคอบสำหรับชิป Google และ IBM ที่จำลองแบบสมจริงเป็นหนึ่งในเครื่องมือวินิจฉัยหลายตัวที่ใช้ในเอกสารนี้เพื่อแมปแผนภาพความเสถียรสำหรับทรานส์มอนคอมพิวเตอร์ควอนตัม

‘เมื่อเราเปรียบเทียบ Google กับชิปของ IBM เราพบว่าในกรณีหลังสถานะ qubit อาจถูกควบคู่ไปกับระดับที่การควบคุมการทำงานของเกตอาจถูกบุกรุก’ Simon Trebst หัวหน้ากลุ่ม Computational Condensed Matter Physics ของมหาวิทยาลัยกล่าว แห่งโคโลญจน์ เพื่อความปลอดภัยของการทำงานของเกตที่มีการควบคุม จำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างการรักษาความสมบูรณ์ของ qubit และการเปิดใช้งานการเชื่อมต่อระหว่าง qubit ในสำนวนของการเตรียมพาสต้า เราจำเป็นต้องเตรียมโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมให้สมบูรณ์แบบ รักษาสถานะพลังงาน ‘อัล dente’ และหลีกเลี่ยงการพันกันโดยการต้มมากเกินไป

การศึกษาความผิดปกติในฮาร์ดแวร์ทรานส์มอนได้ดำเนินการเป็นส่วนหนึ่งของ Cluster of Excellence ML4Q ในการทำงานร่วมกันระหว่างกลุ่มวิจัยของ Simon Trebst และ Alexander Altland ที่มหาวิทยาลัย Cologne และกลุ่มของ David DiVincenzo ที่ RWTH Aachen University และ Forschungszentrum Jülich “โครงการความร่วมมือนี้ค่อนข้างพิเศษ” Alexander Altland จากสถาบันฟิสิกส์ทฤษฎีในโคโลญกล่าว “ความรู้เสริมของเราเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ทรานสมอน การจำลองเชิงตัวเลขของระบบหลายตัวที่ซับซ้อน และความโกลาหลของควอนตัมเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สมบูรณ์แบบในการทำความเข้าใจว่าข้อมูลควอนตัมที่มีความผิดปกติสามารถป้องกันได้อย่างไร นอกจากนี้ยังบ่งชี้ว่าข้อมูลเชิงลึกที่ได้รับสำหรับระบบอ้างอิงขนาดเล็กสามารถถ่ายโอนไปยังแอปพลิเคชันได้อย่างไร – เครื่องชั่งการออกแบบที่เกี่ยวข้อง”

David DiVincenzo ผู้ก่อตั้ง JARA-Institute for Quantum Information ที่ RWTH Aachen University ได้ข้อสรุปดังต่อไปนี้: ‘การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่านักพัฒนาฮาร์ดแวร์ต้องรวมการสร้างแบบจำลองอุปกรณ์กับวิธีการสุ่มควอนตัมที่ล้ำสมัยและ เพื่อรวม “การวินิจฉัยความโกลาหล” เป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบโปรเซสเซอร์ qubit ในแพลตฟอร์มตัวนำยิ่งยวด

ที่มาของเรื่อง:

วัสดุที่จัดทำโดย มหาวิทยาลัยโคโลญ. หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว

.

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*