211service.com
IBM pronkt met een Quantum Computing-chip
Een supergeleidende chip die bij IBM is ontwikkeld, demonstreert een belangrijke stap die nodig is voor het creëren van computerprocessors die getallen kraken door gebruik te maken van de vreemdheid van de kwantumfysica. Als ze met succes worden ontwikkeld, kunnen kwantumcomputers effectief snelkoppelingen maken door veel berekeningen die moeilijk zijn voor moderne computers.
Wanneer ze zijn afgekoeld tot een fractie van een graad boven het absolute nulpunt, kunnen de vier donkere elementen in het midden van het circuit in het midden van deze afbeelding digitale gegevens weergeven met behulp van kwantummechanische effecten.
De nieuwe chip van IBM is de eerste die de basisapparaten integreert die nodig zijn om een kwantumcomputer, ook wel qubits genoemd, in een 2D-raster te bouwen. Onderzoekers denken dat een van de beste manieren om een praktische kwantumcomputer te maken, het creëren van rasters van honderden of duizenden qubits is die samenwerken. De circuits van de IBM-chip zijn gemaakt van metalen die supergeleidend worden wanneer ze worden afgekoeld tot extreem lage temperaturen. De chip werkt op slechts een fractie van een graad boven het absolute nulpunt.
De chip van IBM bevat alleen het eenvoudigst mogelijke raster, vier qubits in een twee-bij-twee-array. Maar eerder hadden onderzoekers aangetoond dat ze qubits alleen samen konden laten werken als ze in een lijn waren gerangschikt. In tegenstelling tot conventionele binaire bits, kan een qubit een superpositietoestand binnengaan waarin het effectief zowel 0 als 1 tegelijkertijd is. Wanneer qubits in deze staat samenwerken, kunnen ze complexe berekeningen doorbreken op manieren die voor conventionele hardware onmogelijk zijn. Google, NASA, Microsoft, IBM en de Amerikaanse overheid werken allemaal aan de technologie.
Er zijn verschillende manieren om qubits te maken, waarbij supergeleidende circuits zoals die van IBM en Google een van de meest veelbelovende zijn. Alle qubits hebben echter te lijden onder het feit dat de kwantumeffecten die ze gebruiken om gegevens weer te geven erg gevoelig zijn voor interferentie. Veel van het huidige werk is gericht op het aantonen dat kleine groepen qubits kunnen detecteren wanneer fouten zijn opgetreden, zodat ze kunnen worden omzeild of gecorrigeerd.
Eerder dit jaar maakten onderzoekers van de University of California, Santa Barbara en Google bekend dat ze een chip hadden gemaakt met negen supergeleidende qubits op een rij (Google Onderzoekers Make Quantum Computing Components More Reliable). Sommige qubits in dat systeem kunnen detecteren wanneer hun collega-apparaten een type fout hebben opgelopen, een bit-flip genaamd, waarbij een qubit die een 0 vertegenwoordigt, verandert in een 1 of omgekeerd.
qubits hebben echter ook te lijden van een tweede soort fout, bekend als een faseomkering, waarbij de superpositietoestand van een qubit vervormd raakt. Qubits kunnen dat alleen in andere qubits detecteren als ze samenwerken in een 2D-array, zegt Jay Gambetta , die de onderzoeksgroep voor kwantumcomputers van IBM leidt in zijn T.J. Watson onderzoekscentrum in Yorktown Heights, New York.
Een vandaag gepubliceerd artikel beschrijft hoe de chip van IBM met vier qubits in een vierkant zowel bit- als faseflips kan detecteren. Het ene paar qubits wordt gecontroleerd op fouten door het andere paar qubits. Een van de twee die de controle uitvoert, zoekt naar bitflips en de andere naar faseflips.
Dit is een opstap naar het demonstreren van een groter vierkant, zegt Gambetta. Er zullen zich andere uitdagingen voordoen naarmate het plein groter wordt, maar het ziet er erg optimistisch uit voor de volgende paar stappen.
Gambetta zegt dat zijn team zijn nieuwe chip zorgvuldig moest ontwerpen om interferentieproblemen te overwinnen die werden veroorzaakt door de vier qubits zo dicht bij elkaar te plaatsen. Ze experimenteren al met een chip met een raster van acht qubits in een rechthoek van twee bij vier, zegt hij.
Raymond Laflamme , directeur van het instituut voor kwantumcomputing aan de Universiteit van Waterloo, Canada, beschrijft de resultaten van IBM als een belangrijke mijlpaal [in de richting van] betrouwbare kwantumprocessors. Fouten aanpakken is een van de belangrijkste problemen van het veld. Quantum computing belooft veel verbijsterende toepassingen te hebben, maar wordt gehinderd door de kwetsbaarheid van kwantuminformatie.
Om dat probleem echt op te lossen, moet je een stap verder gaan dan de nieuwste resultaten van IBM, en qubit-fouten corrigeren en detecteren. Dat kan alleen worden aangetoond op een groter raster van qubits, zegt Laflamme. Niet alle quantum computing-onderzoekers denken echter dat qubits zoals die bij IBM, Google en elders worden gebouwd ooit werkbaar zullen zijn in grote collecties. Onderzoekers van Microsoft en Bell Labs werken aan een compleet ander ontwerp van qubit dat in de eerste plaats minder foutgevoelig zou moeten zijn (zie Microsoft's Quantum Mechanics).