Bilim araştırmacıları, tıp, bilim ve finans da dahil olmak üzere çeşitli alanlarda oyunun kurallarını değiştirecek ilerlemeler sağlayacak ultra yüksek hızlı bir teknoloji olan istikrarlı, ölçeklenebilir kuantum hesaplama arayışında önemli bir kilometre taşını fark ettiler.
Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi fizik profesörü ve Bilim Kuantum Girişimi'nin eş direktörü Mikhail Lukin liderliğindeki ekip, 48'e kadar mantıksal kübiti kodlayabilen ve yüzlerce işlemi yürütebilen ilk programlanabilir, mantıksal kuantum işlemciyi yarattı. mantıksal kapı operasyonları, önceki çabalara göre büyük bir gelişme.
Nature dergisinde yayınlanan çalışma, George Vasmer Leverett Fizik Profesörü Markus Greiner; MIT'den meslektaşlarım; ve Bilim laboratuvarlarındaki teknoloji üzerine kurulmuş bir Boston şirketi olan QuEra Computing.
Sistem, hata düzeltmeli bir kuantum bilgisayarında büyük ölçekli algoritma yürütmenin ilk gösterimi olup, erken hataya dayanıklı veya güvenilir şekilde kesintisiz kuantum hesaplamanın gelişini müjdeliyor.
Lukin, başarıyı yapay zeka alanındaki ilk günlere benzer olası bir dönüm noktası olarak tanımladı: Uzun süredir teorileştirilen kuantum hata düzeltme ve hata toleransı fikirleri meyve vermeye başlıyor.
Lukin, “Sanırım bu, çok özel bir şeyin yaklaştığının açıkça görüldüğü anlardan biri” dedi. “Önümüzde hala zorluklar olmasına rağmen, bu yeni ilerlemenin büyük ölçekli, kullanışlı kuantum bilgisayarlara doğru ilerlemeyi büyük ölçüde hızlandırmasını bekliyoruz.”
Ulusal Bilim Vakfı'ndan Denise Caldwell de aynı fikirde.
NSF'nin Fizik Sınırları Merkezleri ve Kuantum Sıçrayışı Mücadelesi Enstitüleri programları aracılığıyla araştırmayı destekleyen Matematik ve Fizik Bilimleri Direktörlüğü direktör yardımcısı Caldwell, “Bu atılım, kuantum mühendisliği ve tasarımında bir güç gösterisidir” dedi. “Ekip yalnızca nötr atomları kullanarak kuantum bilgi işlemenin gelişimini hızlandırmakla kalmadı, aynı zamanda bilim ve bir bütün olarak toplum için dönüştürücü faydalar sağlayabilecek büyük ölçekli mantıksal kübit cihazlarının araştırılmasına yeni bir kapı açtı.”
Uzun ve karmaşık bir yol oldu.
Kuantum hesaplamada, kuantum biti veya “qubit”, tıpkı klasik hesaplamadaki ikili bit gibi, bir bilgi birimidir. Fizikçiler ve mühendisler yirmi yıldan fazla bir süredir dünyaya kuantum hesaplamanın prensipte fiziksel kubitler oluşturmak için kuantum parçacıklarını (atom, iyon veya foton) manipüle ederek mümkün olduğunu gösterdi.
Ancak kuantum mekaniğinin tuhaflığından hesaplama için başarılı bir şekilde yararlanmak, doğası gereği kararsız olan ve kuantum durumlarından çökmeye eğilimli olan yeterince büyük sayıda kübitleri basitçe toplamaktan daha karmaşıktır.
Alemin gerçek paraları mantıksal kübitler olarak adlandırılıyor: kuantum algoritmasında kullanılmak üzere bilgi depolayabilen, yedekli, hatası düzeltilmiş fiziksel kübit demetleri. Mantıksal kübitleri kontrol edilebilir birimler halinde (klasik bitler gibi) oluşturmak, bu alanda temel bir engel oluşturuyor ve kuantum bilgisayarların mantıksal kübitler üzerinde güvenilir bir şekilde çalışıncaya kadar teknolojinin gerçekten ilerleme kaydedemeyeceği genel olarak kabul ediliyor.
Bugüne kadar en iyi bilgi işlem sistemleri, bir veya iki mantıksal kübit ve bunların arasında yalnızca bir kod birimine benzer bir kuantum geçit işlemi gösterdi.
Bilim ekibinin buluşu, Lukin'in laboratuvarında öncülük edilen, nötr atom dizisi olarak bilinen kuantum hesaplama mimarisi üzerinde birkaç yıl süren çalışmaya dayanıyor. Şu anda, Lukin'in grubu tarafından geliştirilen yeniliklere dayanan bir patent portföyü için yakın zamanda Bilim'ın Teknoloji Geliştirme Ofisi ile bir lisans anlaşması yapan QuEra tarafından ticarileştiriliyor.
Sistemin temel bileşeni, hesaplamanın ortasında atomların (sistemin fiziksel kübitleri) hareket edebildiği ve çiftler halinde bağlanabildiği veya “dolaşmış” olduğu ultra soğuk, asılı rubidyum atomlarından oluşan bir bloktur.
Dolaşmış atom çiftleri, hesaplama gücü birimleri olan kapıları oluşturur. Daha önce ekip, dolaştırma operasyonlarında düşük hata oranları göstererek nötr atom dizilimi sistemlerinin güvenilirliğini kanıtlamıştı.
Araştırmacılar artık mantıksal kuantum işlemcileriyle, lazerler kullanarak mantıksal kubitlerin tamamının paralel, çoğullanmış kontrolünü gösteriyor. Bu sonuç, bireysel fiziksel kübitleri kontrol etmekten daha verimli ve ölçeklenebilirdir.
Griffin Sanat ve Bilim Okulu'ndan makalenin ilk yazarı Dolev Bluvstein, “Fiziksel olanlar yerine hata düzeltmeli kubitlerle algoritmaları test etmeye başlama ve daha büyük cihazlara giden yolu açma yönünde alanda bir geçişi işaretlemeye çalışıyoruz” dedi. Doktora Lukin'in laboratuvarındaki öğrenci.
Ekip, 48 mantıksal kübit üzerinde daha fazla işlem türü göstermek ve sistemlerini şu anda olduğu gibi manuel döngünün aksine sürekli çalışacak şekilde yapılandırmak için çalışmaya devam edecek.
Çalışma, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı tarafından Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum cihazlarıyla Optimizasyon programı aracılığıyla desteklendi; Ulusal Bilim Vakfı Fizik Sınırları Merkezi olan Ultrasoğuk Atomlar Merkezi; Ordu Araştırma Ofisi; ortak Kuantum Enstitüsü/NIST; ve QuEra Bilişim.
Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi fizik profesörü ve Bilim Kuantum Girişimi'nin eş direktörü Mikhail Lukin liderliğindeki ekip, 48'e kadar mantıksal kübiti kodlayabilen ve yüzlerce işlemi yürütebilen ilk programlanabilir, mantıksal kuantum işlemciyi yarattı. mantıksal kapı operasyonları, önceki çabalara göre büyük bir gelişme.
Nature dergisinde yayınlanan çalışma, George Vasmer Leverett Fizik Profesörü Markus Greiner; MIT'den meslektaşlarım; ve Bilim laboratuvarlarındaki teknoloji üzerine kurulmuş bir Boston şirketi olan QuEra Computing.
Sistem, hata düzeltmeli bir kuantum bilgisayarında büyük ölçekli algoritma yürütmenin ilk gösterimi olup, erken hataya dayanıklı veya güvenilir şekilde kesintisiz kuantum hesaplamanın gelişini müjdeliyor.
Lukin, başarıyı yapay zeka alanındaki ilk günlere benzer olası bir dönüm noktası olarak tanımladı: Uzun süredir teorileştirilen kuantum hata düzeltme ve hata toleransı fikirleri meyve vermeye başlıyor.
Lukin, “Sanırım bu, çok özel bir şeyin yaklaştığının açıkça görüldüğü anlardan biri” dedi. “Önümüzde hala zorluklar olmasına rağmen, bu yeni ilerlemenin büyük ölçekli, kullanışlı kuantum bilgisayarlara doğru ilerlemeyi büyük ölçüde hızlandırmasını bekliyoruz.”
Ulusal Bilim Vakfı'ndan Denise Caldwell de aynı fikirde.
NSF'nin Fizik Sınırları Merkezleri ve Kuantum Sıçrayışı Mücadelesi Enstitüleri programları aracılığıyla araştırmayı destekleyen Matematik ve Fizik Bilimleri Direktörlüğü direktör yardımcısı Caldwell, “Bu atılım, kuantum mühendisliği ve tasarımında bir güç gösterisidir” dedi. “Ekip yalnızca nötr atomları kullanarak kuantum bilgi işlemenin gelişimini hızlandırmakla kalmadı, aynı zamanda bilim ve bir bütün olarak toplum için dönüştürücü faydalar sağlayabilecek büyük ölçekli mantıksal kübit cihazlarının araştırılmasına yeni bir kapı açtı.”
Uzun ve karmaşık bir yol oldu.
Kuantum hesaplamada, kuantum biti veya “qubit”, tıpkı klasik hesaplamadaki ikili bit gibi, bir bilgi birimidir. Fizikçiler ve mühendisler yirmi yıldan fazla bir süredir dünyaya kuantum hesaplamanın prensipte fiziksel kubitler oluşturmak için kuantum parçacıklarını (atom, iyon veya foton) manipüle ederek mümkün olduğunu gösterdi.
Ancak kuantum mekaniğinin tuhaflığından hesaplama için başarılı bir şekilde yararlanmak, doğası gereği kararsız olan ve kuantum durumlarından çökmeye eğilimli olan yeterince büyük sayıda kübitleri basitçe toplamaktan daha karmaşıktır.
Alemin gerçek paraları mantıksal kübitler olarak adlandırılıyor: kuantum algoritmasında kullanılmak üzere bilgi depolayabilen, yedekli, hatası düzeltilmiş fiziksel kübit demetleri. Mantıksal kübitleri kontrol edilebilir birimler halinde (klasik bitler gibi) oluşturmak, bu alanda temel bir engel oluşturuyor ve kuantum bilgisayarların mantıksal kübitler üzerinde güvenilir bir şekilde çalışıncaya kadar teknolojinin gerçekten ilerleme kaydedemeyeceği genel olarak kabul ediliyor.
Bugüne kadar en iyi bilgi işlem sistemleri, bir veya iki mantıksal kübit ve bunların arasında yalnızca bir kod birimine benzer bir kuantum geçit işlemi gösterdi.
Bilim ekibinin buluşu, Lukin'in laboratuvarında öncülük edilen, nötr atom dizisi olarak bilinen kuantum hesaplama mimarisi üzerinde birkaç yıl süren çalışmaya dayanıyor. Şu anda, Lukin'in grubu tarafından geliştirilen yeniliklere dayanan bir patent portföyü için yakın zamanda Bilim'ın Teknoloji Geliştirme Ofisi ile bir lisans anlaşması yapan QuEra tarafından ticarileştiriliyor.
Sistemin temel bileşeni, hesaplamanın ortasında atomların (sistemin fiziksel kübitleri) hareket edebildiği ve çiftler halinde bağlanabildiği veya “dolaşmış” olduğu ultra soğuk, asılı rubidyum atomlarından oluşan bir bloktur.
Dolaşmış atom çiftleri, hesaplama gücü birimleri olan kapıları oluşturur. Daha önce ekip, dolaştırma operasyonlarında düşük hata oranları göstererek nötr atom dizilimi sistemlerinin güvenilirliğini kanıtlamıştı.
Araştırmacılar artık mantıksal kuantum işlemcileriyle, lazerler kullanarak mantıksal kubitlerin tamamının paralel, çoğullanmış kontrolünü gösteriyor. Bu sonuç, bireysel fiziksel kübitleri kontrol etmekten daha verimli ve ölçeklenebilirdir.
Griffin Sanat ve Bilim Okulu'ndan makalenin ilk yazarı Dolev Bluvstein, “Fiziksel olanlar yerine hata düzeltmeli kubitlerle algoritmaları test etmeye başlama ve daha büyük cihazlara giden yolu açma yönünde alanda bir geçişi işaretlemeye çalışıyoruz” dedi. Doktora Lukin'in laboratuvarındaki öğrenci.
Ekip, 48 mantıksal kübit üzerinde daha fazla işlem türü göstermek ve sistemlerini şu anda olduğu gibi manuel döngünün aksine sürekli çalışacak şekilde yapılandırmak için çalışmaya devam edecek.
Çalışma, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı tarafından Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum cihazlarıyla Optimizasyon programı aracılığıyla desteklendi; Ulusal Bilim Vakfı Fizik Sınırları Merkezi olan Ultrasoğuk Atomlar Merkezi; Ordu Araştırma Ofisi; ortak Kuantum Enstitüsü/NIST; ve QuEra Bilişim.