Die Anpassung eines Schülers an Quantencomputercode kann seine Fähigkeit, Fehler zu erkennen, verdoppeln und das Interesse des Quantencomputerprogramms von Amazon wecken.
Mit dem neuen Code könnten Quantencomputer erstellt werden, die die Versprechen einer blitzschnellen Verarbeitungszeit und der Fähigkeit erfüllen, komplexere Probleme zu lösen, als dies mit herkömmlichen Computern möglich ist. Bisher, nur zwei Computer haben „Quantenbeherrschung“ erreicht, oder die Fähigkeit, eine Quantenberechnung schneller als der schnellste Supercomputer durchzuführen. Keiner dieser Computer verwendete jedoch Fehlerkorrekturcodes, die benötigt werden, um Quantencomputer für eine weit verbreitete und zuverlässige Verwendung zu skalieren, so die Forscher der neuen Studie.
Die regelmäßige Verwendung des Computers hängt von „Bits“ ab, die wie Schalter wirken, um zwischen der Position „Ein“ und „Aus“ umzuschalten. Die Position der Bits codiert Informationen. Quantencomputer erhöhen die Komplexität, indem sie die Tatsache ausnutzen, dass physikalische Eigenschaften in sehr kleinem Maßstab merkwürdig werden: Qubits, die Quantenversionen von Bits, können gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden, ein Zustand, der als Überlagerung bezeichnet wird. Qubits können sich auch verwickeln, was bedeutet, dass der Zustand des einen den Zustand des anderen beeinflusst, obwohl sie keinen physischen Kontakt haben. Dies bedeutet, dass Quantencomputer Informationen auf komplexere Weise codieren können, indem sie Informationen in diesen seltsamen Quantenzuständen speichern. Qubits können aus mehreren verschiedenen Arten von Quantenteilchen hergestellt werden, und Informationen können über ein Netzwerk von Qubits codiert werden, so dass eine Beschädigung eines einzelnen Qubits die Informationen nicht zerstört.
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Fehlerempfindlich
Es gibt jedoch eine Einschränkung. Qubits reagieren empfindlich auf Umwelteinflüsse und sind daher fehleranfällig. Diese Fehler schränken die Effizienz von Quantencomputern ein, was ein Grund dafür ist, dass das Gebiet noch in den Kinderschuhen steckt, sagte der Studienleiter Pablo Bonilla Ataides, ein Student an der Universität von Sydney. sagte in einer Erklärung. Bonilla leitete die Entwicklung des neuen Codes im Rahmen seines zweiten Physikprojekts. Google, IBM und andere akademische und industrielle Gruppen arbeiten am Bau von Quantencomputern, aber bisher sind sie experimentell.
„Wir sind wirklich nur dabei herauszufinden, wie die Teile von Quantencomputern zusammengesetzt werden können, damit der Quantencomputer irgendwann trotzdem funktioniert, wenn sie schief gehen – und wenn sie schief gehen“, sagte Benjamin Brown, Co-Autor der Studie und Quantenphysiker an der Universität von Sydney.
Bonilla und Brown haben zusammen mit ihren Kollegen eine Codierungsanpassung entwickelt, um die Fehler zu korrigieren, die Quantencomputer unzuverlässig machen. Die Änderung enthält speziellen Code, der Fehler korrigiert, von denen bekannt ist, dass sie häufiger auftreten als andere Typen, sagte Brown gegenüber Live Science.
In einem klassischen Nicht-Quantencomputer codieren Bits Informationen mit einer Folge von Nullen und Einsen. Die einzige Art von Fehler, die in diesem System auftreten kann, ist ein „Bit-Flip“ -Fehler, bei dem eine 1 in eine 0 geändert wird oder umgekehrt. Diese Fehler sind auf herkömmlichen Computern recht selten.
Bit-Flip-Fehler treten auch bei Quantencomputern auf. Da Qubits jedoch komplexer als herkömmliche Bits sind, können sie auch komplexere Fehler enthalten. Eine andere häufige Art von Fehler in Quantencomputern ist der Dephasierungsfehler. In diesem Fall ändert sich der Wert der Informationen von positiv nach negativ oder umgekehrt. Das Festhalten an Nullen und Einsen (obwohl Quantensysteme wie herkömmliche Computer nicht ganz binär sind) wäre wie eine positive 1, die sich in eine negative 1 umkehrt. Diese Fehler können aus vielen verschiedenen physikalischen Gründen auftreten, sagte Brown. Qubits können ihren Drehimpuls oder Spin ändern. Sie können sich in der Außenwelt verheddern oder unbeabsichtigt verfangen. Was auch immer die Ursache sein mag, das Ergebnis ist ein Informationsverlust.
„Wenn einige Teile von dem Zustand, in dem Sie sich befinden sollen, in einen anderen wechseln, erhalten Sie die falschen Antworten, und es wird nicht viel nützen“, sagte Brown.
Lösen Sie Quantenfehler
Der neue Code verdoppelt die Fehlerunterdrückung im Vergleich zum vorherigen Fehlerkorrekturcode, sagte Bonilla in der Erklärung. Die Forscher haben dies auf überraschend einfache Weise erreicht: Sie haben einfach die Koordinaten auf jedem anderen Qubit im System gedreht. Wenn jedes Qubit eine Kugel wäre und jede im Qubit codierte Information ein Punkt auf dieser Kugel wäre, würde der Code die Hälfte der Kugeln drehen, also wurde unten als oben und oben als unten definiert. Diese Struktur schützt die Informationen vor Dephasierungsfehlern, während der Schutz vor Bit-Flip-Fehlern erhalten bleibt.
Die Forscher arbeiten jetzt mit Wissenschaftlern der Yale University und Amazon Web Services zusammen, die Qubits entwickeln, die mit dieser Art von Code gut funktionieren, sagte Brown.
„Wir hoffen, es voranzutreiben, um wirklich einen Quantencomputer zu bauen“, sagte er.
Die Forscher beschrieben ihre neue Studie am 12. April in der Zeitschrift Naturkommunikation.
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.
