Huvitav

Kvantarvutuses esinevate vigadega toimetulek

Kvantarvutuses esinevate vigadega toimetulek

Kvantmehaanika on üks austatud teadusharudest, kus uuritav teema käsitleb subatoomilisi osakesi. Kvantmehaanika abil oleme saanud uurida, kuidas maailmas käituvad väga väikesed osakesed maailmas, aatomite, elektronide ja footonite vahemikus.

Ja nende kõige tähelepanuväärsem panus maailma? Kvantarvutid, lasersidetehnoloogiad, transistorid, elektronmikroskoobid jne.

Kvantinformatsioon võib siiski muutuda paljude laiendustegurite põhjal. Mis tahes muudatus algsest väärtusest toob kaasa vea ning väärtuste järjekorras hoidmiseks kasutatakse kvantvigade parandust või (QEC).

SEOTUD: 5 LÕHUTAMATUT PROBLEEMI KVANTUMI ARVUTAMINE LAHENDAB

Selles artiklis käsitleme kvantmehaanika mõistatusi, kuidas need põhjustavad vigu ja kuidas teadlased püüavad neid parandada.

Kui me räägime kvantmehaanikast, seostame seda alati aatomitega. Kuid kuna kvantmehaanika valdkond on nii arenenud, võime seda isegi laiendada, et selgitada suuremaid asju, täpsemalt igapäevaseid asju meie ümber, eks?

Ei, vastupidiselt sellele levinud arvamusele annab kvantteooria kasutamine suurte objektide selgitamiseks sageli valeväärtused. Teaduspõhisemas definitsioonis võime öelda, et kvantmehaanika ei tõota head Einsteini pakutud üldise suhtelisuse kohta.

SEOTUD: 10 viisi, kuidas näete EINSTEINI SUHTELISUSE TEOORIAT PÄRISEL ELUS

Kvantmehaanika ja relatiivsusteooria vahelise lõhe mõistmiseks peame mõistma nii nende põhimääratluses kui ka selles, kuidas neid maailmas rakendatakse.

Kvantmehaanikas uurime aatomit ja isegi väiksemaid osakesi nagu elektronid. Neid subatomaatilisi osakesi reguleerivad erinevad reeglistikud kui füüsikaseadused.

SEOTUD: MAX SÜNDINUD JA KVANTMEHHANIKA KOOSTAMINE

Näiteks väidab kvantteooria, et osakestel, nagu elektronid, on nii osakeste kui ka lainete olemus ning nad on võimelised eksisteerima ka kahes kohas korraga. See ei sobi hästi makromaailma, kus elame, kuna meid ümbritsevad objektid, olgu see siis laud või pall, eksisteerivad korraga ainult ühes kohas.

Kvantmehaanika teine ​​aspekt on see, et see ei suuda Gravitatsiooni seletada. Kvantmehaanika andmetel on aja ja ruumi liikumine fikseeritud.

SEOTUD: 5 PÕHJUSTAVAT FAKTI RASKUSEGA

Einsteini sõnul on ruum ja aeg siiski suhtelised. Pealegi võib ruum painutada ja väänata. See on ilmselgelt kokkutõmbumine sellest, kuidas kvantteooria asju vaatab.

Ja siin tulevadki vead, millest me rääkisime. Kuidas siis teadlased seda lõhet ületavad?

Me ei saa ignoreerida mõlemat teooriat, kuna mõlemal on oma ökosüsteemis võrdselt õigus. Kui võtame suuremaid objekte, annab relatiivsusteooria meile täpset teavet selle kohta, kuidas objekt reageerib ja käitub teatud jõudude juuresolekul.

Ja kui uurime kõige väiksemaid osakesi universumis, maalib kvantmehaanika selge pildi nende olemasolust ja sellest, kuidas nad omavahel suhtlevad. Kvantmehaanikata ei saa kvantvaldkonnast aru saada samal tasemel, mis meil praegu on.

Mikro- ja makromehaanika vastastikmõjus ei anna nad üksteisele vastuseid, tekitades arvutustes ja leidudes vigu. Mida me siis järeldame?

Isegi nüüd, kogu meie tehnoloogilise jõuga, jäävad kvantmehaanika vead makroproportsioonidesse skaleerimisel endiselt tabamatuks.

On vaid kaks tegelikku selgitust, mille peame probleemiga leppima.

Kas kvantmehaanika pole universaalselt rakendatav ja seetõttu ei saa seda rakendada ka suurte objektide osas. Nende vigade teine ​​seletus on see, et füüsikal puuduvad selged faktid ja teatud võimalused, mis on meile tundmatud.

Ainus lahendus selle probleemi lahendamiseks on kvantmehaanika kasutamise piiramine teatud suurusega objektide hindamiseks.

Siiski on valdkond, kus kvantmehaanikat kasutatakse aastate jooksul üha enam - kvantarvutus. Nii nagu personaalarvuti, on ka Quantum Computers ehitatud ebatäiuslike osadega.

Suurim erinevus seisneb selles, et on olemas väljakujunenud süsteem, mis on reserveeritud ainult personaalarvutites esinevate vigade parandamiseks, samas kui kvantarvutite puhul pole see sama.

Kvantarvutid töötlevad teavet Qubitsi kujul. Kviitidel on võime saada ei üheks ega nulliks ning nad väljuvad vahepealsetest olekutest.

Kuid Qubits on väga tundlik väliste jõudude või keskkonna enda suhtes. See sillutab teed vigadele tulemuste saatel.

Loogiliste Qubitside kasutamine

Andreas Wallraffi uurimisrühma vanemteadur Sebastian Krinner võib sellele küsimusele vastata. Ta on ETH Zürichi esimene Lopez-Loreta auhinna võitja ning on välja pakkunud kontseptsiooni, mis aitab kvantarvutitel vähem vigu teha.

Tema idee on tutvustada uut tüüpi kubitiid nimega Loogiline Qubit. Loogiline kubit on individuaalse kbiidi kogum.

SEOTUD: MIDA MUUTAB KVANTIUMI ARVUTAMINE?

Niisiis, selle asemel, et töötada individuaalselt, töötavad nad ühtselt, vähendavad protsessis veamäära. Logic Qubiti töötamise tingimus on aga see, et neil peab algusest peale olema kõrge töökindlus.

Kui nende veamäär on üle ühe protsendi, toob Logic Qubit rohkem vigu, mis on kahjulik. Logic Qubitsi katsetamiseks tehakse katseid, et uurida nende mõju kvantarvutusele.

Quantumi arvutite vigade parandamiseks lennult töötatakse välja teistsugune meetod. Ph.D. õpilased Vlad Negnevitsky ja Matteo Marinelli töötasid postdoktor Karan Mehta ja teiste kolleegide abil välja süsteemi, kus nad saavad mõõta stringi kahe erineva liigi, berülliumi ioonide (9Be +) ja ühe kaltsiumiooni (40Ca +) omadusi.

Kahe liigi mõõtmise eeliseks on see, et kvantomaduste abil võimaldab ühe elemendi omaduste mõõtmine teadlastel teada saada teise elemendi olekut seda häirimata.

Näiteks annab kaltsiumioonide jälgimine teadlastele teavet berülliumi ioonide kohta. Ja kõige parem on see, et ioone saab hoida mitme katse jaoks ilma berülliumi ioone häirimata, mis tavapärase kvantarvutamise testimisega ei olnud võimalik.

Meeskond on loonud ka juhtimissüsteemi, mis parandaks berülliumi ioone kohe, kui nad kursilt kõrvale kalduvad. See vigade tuvastamise ja parandamise vorm oli kvantarvutuses midagi ennekuulmatut.

On selge, et kvantmehaanikaga kaasneb vigade osakaal, kuid arvutusvõimsuse tase, mille nad tabelisse toovad, teeb neist ainsa võimeka meetodi keeruliste probleemide lahendamiseks.

Kuna kvantvigade avastamiseks ja parandamiseks toimub kogu maailmas uurimistöö, liigume kindlasti kiiremini praktilise kvantarvutuse suunas.


Vaata videot: #4 Tarmo Sikk: Reklaam on surnud Acoussion (Oktoober 2021).