211service.com
IBM visar upp ett Quantum Computing Chip
Ett supraledande chip utvecklat på IBM visar ett viktigt steg som behövs för att skapa datorprocessorer som krossar siffror genom att utnyttja kvantfysikens konstigheter. Om kvantdatorer utvecklas framgångsrikt kan de effektivt ta genvägar genom många beräkningar som är svåra för dagens datorer.
När de kyls ner till en bråkdel av en grad över absolut noll, kan de fyra mörka elementen i mitten av kretsen i mitten av denna bild representera digital data med hjälp av kvantmekaniska effekter.
IBMs nya chip är det första som integrerar de grundläggande enheterna som behövs för att bygga en kvantdator, känd som qubits, i ett 2D-nät. Forskare tror att en av de bästa vägarna för att göra en praktisk kvantdator skulle innebära att skapa rutnät med hundratals eller tusentals kvantbitar som arbetar tillsammans. Kretsarna i IBM:s chip är gjorda av metaller som blir supraledande när de kyls till extremt låga temperaturer. Chipet fungerar endast vid en bråkdel av en grad över absoluta nollpunkten.
IBMs chip innehåller bara det enklaste möjliga rutnätet, fyra qubits i en två-av-två-array. Men tidigare hade forskare bara visat att de kunde arbeta qubits tillsammans när de var ordnade i en linje. Till skillnad från konventionella binära bitar kan en qubit gå in i ett superpositionstillstånd där den i praktiken är både 0 och 1 samtidigt. När qubits i detta tillstånd arbetar tillsammans kan de skära igenom komplexa beräkningar på sätt som är omöjliga för konventionell hårdvara. Google, NASA, Microsoft, IBM och den amerikanska regeringen arbetar alla med tekniken.
Det finns olika sätt att göra qubits, med supraledande kretsar som de som används av IBM och Google är en av de mest lovande. Men alla qubits lider av det faktum att de kvanteffekter de använder för att representera data är mycket känsliga för störningar. Mycket aktuellt arbete är fokuserat på att visa att små grupper av qubits kan upptäcka när fel har uppstått så att de kan arbetas runt eller korrigeras.
Tidigare i år meddelade forskare vid University of California, Santa Barbara och Google att de hade gjort ett chip med nio supraledande qubits ordnade i en linje ( Google Researchers Make Quantum Computing Components More Reliable ). Några av qubitarna i det systemet kunde upptäcka när deras andra enheter drabbades av en typ av fel som kallas en bit-flip, där en qubit som representerar en 0 ändras till en 1 eller vice versa.
Men qubits lider också av en andra typ av fel som kallas en phase flip, där en qubits superpositionstillstånd blir förvrängt. Qubits kan bara upptäcka det i andra qubits om de arbetar tillsammans i en 2-D-array, säger Jay Gambetta , som leder IBM:s kvantdatorforskningsgrupp vid dess T.J. Watson forskningscenter i Yorktown Heights, New York.
En artikel som publicerades idag beskriver hur IBM:s chip med fyra qubits arrangerade i en kvadrat kan upptäcka både bit- och fasvändningar. Ett par qubits kontrolleras för fel av det andra paret qubits. Ett av paret som gör kontrollen letar efter bitflip och det andra efter phase flips.
Det här är ett steg mot att demonstrera ett större torg, säger Gambetta. Det kommer att dyka upp andra utmaningar när torget blir större, men det ser väldigt optimistiskt ut för de kommande stegen.
Gambetta säger att hans team var tvungen att noggrant designa sitt nya chip för att övervinna störningsproblem som orsakats av att sätta de fyra qubitarna så nära varandra. De experimenterar redan med ett chip som har ett rutnät på åtta qubits i en två gånger fyra rektangel, säger han.
Raymond Laflamme , chef för institutet för kvantberäkning vid University of Waterloo, Kanada, beskriver IBMs resultat som en viktig milstolpe [mot] pålitliga kvantprocessorer. Att tackla fel är ett av fältets viktigaste problem. Quantum computing lovar att ha många häpnadsväckande applikationer, men det hindras av kvantinformationens bräcklighet.
Att verkligen lösa det problemet kräver att man går ett steg längre än IBM:s senaste resultat och korrigerar qubit-fel och upptäcker dem. Det kan bara visas på ett större rutnät av qubits, säger Laflamme. Men inte alla kvantberäkningsforskare tror att qubits som de som byggs hos IBM, Google och på andra ställen någonsin kommer att fungera i stora samlingar. Forskare vid Microsoft och Bell Labs arbetar med att skapa en helt annan design av qubit som borde vara mindre benägna att fel i första hand (se Microsofts kvantmekanik ).