Pesquisadores da QuTech – uma colaboração entre a TU Delft e a TNO – alcançaram um marco na correção de erros quânticos. Eles integraram operações de alta fidelidade em dados quânticos codificados com um esquema escalonável para estabilização de dados repetidos. Os pesquisadores relatam suas descobertas na edição de dezembro da Nature Physics.
Mais qubits
Os bits quânticos físicos, ou qubits, são vulneráveis a erros. Esses erros surgem de várias fontes, incluindo decoerência quântica, diafonia e calibração imperfeita. Felizmente, a teoria da correção de erros quânticos estipula a possibilidade de calcular ao mesmo tempo em que protege os dados quânticos de tais erros.
“Duas capacidades irão distinguir um computador quântico com correção de erro dos atuais processadores quânticos de escala intermediária ruidosos (NISQ)”, disse o professor Leonardo DiCarlo da QuTech. “Primeiro, ele processará informações quânticas codificadas em qubits lógicos em vez de qubits físicos (cada qubit lógico consistindo em muitos qubits físicos). Em segundo lugar, ele usará verificações de paridade quântica intercaladas com etapas de computação para identificar e corrigir erros que ocorrem nos qubits físicos , protegendo as informações codificadas à medida que são processadas. ” De acordo com a teoria, a taxa de erro lógico pode ser exponencialmente suprimida, desde que a incidência de erros físicos esteja abaixo de um limite e os circuitos para operações lógicas e estabilização sejam tolerantes a falhas.
Todas as operações
A ideia básica, portanto, é que se você aumentar a redundância e usar mais e mais qubits para codificar os dados, o erro líquido diminui. Os pesquisadores da TU Delft, junto com colegas da TNO, deram agora um grande passo em direção a esse objetivo, realizando um qubit lógico que consiste em sete qubits físicos (transmons supercondutores). “Nós mostramos que podemos fazer todas as operações necessárias para computação com as informações codificadas. Esta integração de operações lógicas de alta fidelidade com um esquema escalonável para estabilização repetida é uma etapa fundamental na correção de erros quânticos”, disse a professora Barbara Terhal, também da QuTech.
Primeiro autor e Ph.D. O candidato Jorge Marques explica ainda: “Até agora os pesquisadores codificaram e estabilizaram. Agora mostramos que também podemos calcular. Isso é o que um computador tolerante a falhas deve fazer em última instância: processar e proteger os dados de erros, tudo ao mesmo tempo. Nós fazer três tipos de operações de qubit lógico: inicializar o qubit lógico em qualquer estado, transformá-lo com portas e medi-lo. Mostramos que todas as operações podem ser feitas diretamente em informações codificadas. Para cada tipo, observamos um desempenho superior para falhas variantes tolerantes sobre variantes não tolerantes a falhas. ” As operações tolerantes a falhas são essenciais para reduzir o acúmulo de erros de qubit físicos em erros de qubit lógicos.
Longo prazo
DiCarlo enfatiza a natureza multidisciplinar do trabalho: “Este é um esforço combinado de física experimental, física teórica do grupo de Barbara Terhal e também eletrônica desenvolvida com TNO e colaboradores externos. O projeto é financiado principalmente pela IARPA e Intel Corporation.”
“Nosso grande objetivo é mostrar que conforme aumentamos a redundância de codificação, a taxa de erro líquida diminui exponencialmente”, conclui DiCarlo. “Nosso foco atual está em 17 qubits físicos e os próximos serão 49. Todas as camadas da arquitetura do nosso computador quântico foram projetadas para permitir esse dimensionamento.”
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