211service.com
Google-onderzoekers maken Quantum Computing-componenten betrouwbaarder
Een oplossing voor een van de belangrijkste problemen die de ontwikkeling van kwantumcomputers in de weg staan, is aangetoond door onderzoekers van Google en de Universiteit van Californië, Santa Barbara. Er moeten nog veel meer problemen worden opgelost, maar experts in het veld zeggen dat het een belangrijke stap is in de richting van een volledig functionele kwantumcomputer. Zo'n machine zou berekeningen kunnen uitvoeren waar een conventionele computer miljoenen jaren over zou doen.
Onderzoekers van Google en de Universiteit van Californië, Santa Barbara, gebruikten deze chip om een cruciale methode aan te tonen die nodig is om kwantumcomputers betrouwbaar te maken.
De onderzoekers van Google en UCSB lieten zien dat ze groepen qubits - apparaten die informatie vertegenwoordigen met behulp van kwetsbare kwantumfysica - kunnen programmeren om bepaalde soorten fouten te detecteren en te voorkomen dat die fouten een berekening verpesten. De nieuwe vooruitgang komt van onderzoekers onder leiding van John Martinis, een professor aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, die vorig jaar bij Google kwam om een onderzoekslaboratorium voor kwantumcomputers op te zetten (zie Google lanceert inspanningen om zijn eigen kwantumcomputer te bouwen). Martinis heeft nu een gezamenlijke positie tussen UCSB en Google en leidt het werk aan supergeleidende aluminiumchips die werken op een fractie van een graad boven het absolute nulpunt. Het meeste werk achter de nieuwe resultaten, vandaag gerapporteerd in het journaal Natuur , vond plaats voordat Martinis bij Google kwam.
Google onderzoekt kwantumcomputing sinds 2009, toen het begon samen te werken met D-Wave Systems, een startup die verkoopt wat het de eerste commerciële kwantumcomputer noemt (zie The CIA and Jeff Bezos Bet on Quantum Computing). Microsoft heeft ook een omvangrijk onderzoeksprogramma voor kwantumcomputers (zie Microsoft's Quantum Mechanics).
Om een kwantumcomputer te maken, zijn veel qubits nodig om samen aan informatie te werken. Maar de apparaten zijn foutgevoelig omdat ze stukjes data vertegenwoordigen - 0s en 1s - met behulp van delicate kwantummechanische effecten die alleen detecteerbaar zijn bij superkoude temperaturen en kleine schalen. Hierdoor kunnen qubits superpositietoestanden bereiken die tegelijkertijd zowel 1 als 0 zijn, waardoor kwantumcomputers snelkoppelingen kunnen maken door complexe berekeningen. Het maakt ze ook kwetsbaar voor hitte en andere verstoringen die de kwantumtoestanden die worden gebruikt om informatie te coderen en berekeningen uit te voeren, verstoren of vernietigen.
Veel onderzoek naar kwantumcomputing is gericht op het proberen om systemen van qubits te krijgen om fouten te detecteren en op te lossen. De groep van Martinis heeft een deel van een van de meest veelbelovende schema's gedemonstreerd om dit te doen, een benadering die bekend staat als oppervlaktecodes. De onderzoekers programmeerden een chip met negen qubits zodat ze elkaar controleerden op fouten die bitflips worden genoemd, waarbij omgevingsgeluid ervoor zorgt dat een 1 verandert in een 0 of omgekeerd. De qubits konden bitflips niet corrigeren, maar ze konden wel actie ondernemen om ervoor te zorgen dat ze latere stappen van een bewerking niet besmetten.
Er moet meer werk worden verzet voordat we kunnen zeggen dat alle elementen die nodig zijn voor fouttolerante kwantumberekeningen aanwezig zijn, maar ik denk dat dit werk laat zien dat we dichtbij zijn, zegt Daniel Gottesman, die werkt aan kwantumfoutcorrectie bij de Perimeter Instituut in Waterloo, Ontario.
De nog benodigde elementen zijn echter niet triviaal. De bitflips die Martinis en collega's op zich namen, kunnen worden aangepakt met behulp van klassieke algoritmen die op een conventionele computer werken. Een lastiger soort fout, waarbij een kwantumeigenschap van een qubit, bekend als fase, wordt gewijzigd door omgevingsgeluid, kan alleen worden aangepakt met behulp van complexere algoritmen die gebruikmaken van kwantumeffecten. Austin Fowler, een kwantumelektronica-ingenieur bij Google, zegt dat de groep daar nu aan werkt en aan het demonstreren van foutcontrole op meer dan negen qubits.
Toch maken recente resultaten van Martinis en anderen Gottesman optimistisch dat de volledige reeks foutcorrectietechnieken binnen handbereik is. Ik denk dat de kans groot is dat we binnen enkele jaren zo'n demonstratie van iemand, mogelijk de Martini-groep, zullen zien, zegt hij.