Tutkijat saavuttavat universaalit kvanttiportit käyttämällä eksoottisia anioneja todellisella laitteistolla

Tutkijat ovat saavuttaneet universaalin kvanttiporttien joukon punomalla ja fuusioimalla eksoottisia kvasipartikkeleita, joita kutsutaan ei-abelisiksi anioneiksi, todellisella kvanttiprosessorilla. Tulos julkaistiin Nature-lehdessä 15. heinäkuuta. Koe, joka suoritettiin Quantinuumin 54 kubitin H2-ioni-loukkuprosessorilla, tarjoaa uuden polun kohti vikasietoisia kvanttitietokoneita, jotka ovat luonnostaan virheenkestäviä.bioengineer+1

Puuttuva ainesosa topologiseen laskentaan

Topologinen kvanttilaskenta on pitkään luvannut tavan suojata kvantti-informaatiota nykyisiä koneita vaivaavalta paikalliselta kohinalta koodaamalla tietoa eksoottisten aineen tilojen globaaleihin ominaisuuksiin hauraiden yksittäisten kubittien sijaan. Yksinkertaisimpien ei-abelisten vaiheiden osalta tiedettiin kuitenkin, että pelkkä anionien punominen ei riitä universaaliin laskentaan — jotkin portit jäivät saavuttamattomiin.scienmag+1

Uusi tutkimus, jota johti Harvardin yliopiston Chiu Fan Bowen Lo yhdessä Quantinuumin, Chicagon yliopiston ja muiden instituutioiden yhteistyökumppaneiden kanssa, kuroo tämän aukon umpeen käsittelemällä anionifuusiota — kahden anionin yhdistämistä ja tuloksen lukemista — aktiivisena laskennallisena vaiheena passiivisen ominaisuuden sijaan. "Osoitimme universaalin porttijoukon", sanoi Chicagon yliopiston Ruben Verresen selittäen, että tiedon tallentaminen nouseviin kvarkkimaisiin vapausasteisiin ja niiden manipulointi "mahdollistaa olennaisesti minkä tahansa kvanttilaskennan".arxiv+1

Topologisen tietokoneen rakentaminen todelliselle laitteistolle

Tiimi valmisteli topologisesti järjestetyn aaltofunktion, joka perustuu S3:n kvanttikaksoisrakenteeseen, joka on pienin ei-abelinen ryhmä, 54 kubitilla H2-prosessorilla. He koodasivat loogiset qutritit — kolmitasoiset kvanttiyksiköt — ei-abelisten vuoanionien ei-paikalliseen fuusioavaruuteen. Näiden anionien punominen tuotti kietoutumisoperaatioita, kun taas fuusio tuotti erillisiä mittausoperaatioita; yhdessä nämä primitiivit voivat periaatteessa syntetisoida minkä tahansa kvanttimuunnoksen.quantumzeitgeist+3

Lähestymistavan validoimiseksi tutkijat valmistelivat topologisesti maagisen tilan, joka on olennainen resurssi vikasietoisille kvanttilaskentajärjestelmille. He osoittivat myös yhden ei-abelisen anionin loukuttamisen toruksella, mikä todistaa universaalisuuden taustalla olevat sykliset fuusiosäännöt.inspirehep+2

Teoriasta skaalautuvuuteen

Tulos perustuu Quantinuumin aiempiin virstanpylväisiin, mukaan lukien ensimmäinen ei-abelisten anionien luominen ja manipulointi H2-prosessorilla vuonna 2023, työ joka julkaistiin myöhemmin Nature-lehdessä vuonna 2024. Uusi artikkeli menee pidemmälle osoittamalla, että minimaalisesti ei-abeliset topologiset järjestykset voidaan sekä valmistella tehokkaasti että olla laskennallisesti universaaleja — yhdistelmä, jota ei ollut aiemmin osoitettu laitteistolla.pubmed.ncbi.nlm.nih+3

Rajoituksia on edelleen: kubittien määrä ja koherenssiajat rajoittavat edelleen saavutettavissa olevien topologisten tilojen mittakaavaa. Tuleva työ keskittyy järjestelmien koon skaalaamiseen loogisten virhemekanismien ja dekoodausstrategioiden tutkimiseksi. Silti demonstraatio määrittelee uudelleen, mitä universaali topologinen kvanttilaskenta vaatii — ei vain rikkaampaa anionitilastoa, vaan kontrolloitua fuusiota todellisilla laitteilla.quantumzeitgeist