Resumo interno:
- Pesquisadores da Universidade de Sydney e da Q-CTRL testaram o uso da codificação GKP (Gottesman-Kitaev-Preskill) para reduzir as demandas de hardware enquanto mantêm recursos de correção de erros em qubits lógicos.
- A codificação GKP permite que qubits lógicos sejam codificados em osciladores harmônicos, exigindo menos qubits físicos do que os métodos tradicionais, ao mesmo tempo que fornece correção de erros eficiente.
- O estudo mostrou um conjunto de portas globais para qubits GKP com alta confiabilidade na operação de qubit único e qubit-qubit, embora desafios como distorção de movimento e distorção de energia finita permaneçam.
Embora os métodos para chegar lá sejam variados, o objetivo permanece o mesmo para toda a comunidade quântica, obter um rendimento quântico crescente para fins de aplicações comerciais. Existem vários fatores que atrapalham, incluindo a quantidade de hardware necessária, restrições físicas e, principalmente, depuração. Qubits lógicos, construídos pela combinação de vários qubits físicos, apresentam uma solução potencial com estabilidade aprimorada e recursos de correção de erros, mas com escala física e de hardware. Em um estudo recente da Universidade de Sydney e do Q-CTRL, os cientistas testaram qubits lógicos usando a codificação GKP (Gottesman-Kitaev-Preskill) para reduzir as demandas de hardware, mantendo os recursos de correção de erros.
O desafio de medir escalas significativas
Conforme observado em análises recentes de qubits lógicos, a jornada de alguns pontos lógicos até os números necessários para algoritmos de grande escala é lenta e dolorosa, principalmente devido ao alto número de qubits necessários para formar um único qubit lógico. Apesar desse desafio, os qubits lógicos enfrentam o principal problema dos qubits físicos: vulnerabilidade a ruídos e erros naturais. Para reduzir isso, os qubits lógicos usam a correção quântica de erros, combinando vários qubits físicos, detectando e corrigindo erros sem colapsar o estado quântico.
A Microsoft e a Quantinuum anunciaram recentemente uma inovação que apresenta 12 qubits lógicos com uma redução de 22 vezes nas taxas de erro do circuito. Este desenvolvimento permite cálculos complexos, como simulações químicas e aplicações de inteligência artificial, que não seriam possíveis em sistemas que dependem apenas de qubits virtuais, conforme observado no último lançamento.
Codificação GKP: uma alternativa para depuração
A codificação Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) apresenta outro método de correção de erros. Esta técnica envolve um qubit lógico nos estados continuamente variáveis de um oscilador harmônico, em vez de exigir vários qubits físicos para representar um único qubit lógico. De acordo com uma pesquisa da Universidade de Queensland, a codificação GKP fornece funcionalidade de correção de erros, explorando a natureza bosônica do sistema, permitindo que qubits corrijam erros sem hardware significativo. Os códigos GKP, introduzidos pela primeira vez por Gottesman, Kitaev e Preskill, usam equações diferenciais de tradução no espaço de fase para estabilizar os qubits registrados contra erros. Este método foi validado experimentalmente e aplicado a aplicações como íons aprisionados e cavidades de micro-ondas em pesquisas na Universidade de Queensland.
GKP como uma solução eficiente para Qubits Lógicos
Em um estudo da Universidade de Sydney e da Q-CTRL, os pesquisadores demonstraram o primeiro conjunto de portas universais para qubits GKP, adequado para a realização completa da computação quântica baseada em GKP. O experimento se concentra no registro de qubits GKP na condutância de íons aprisionados, usando portas de um e dois qubits com alta fidelidade. Eles alcançaram com sucesso uma confiabilidade de processo lógico de até 0,960 para a operação de um qubit e 0,680 para as portas de dois qubit. Além disso, a equipe desenvolveu a condição GKP Bell em uma única etapa com confiabilidade de 0,842. A chave para esses resultados foi uma estratégia de controle ideal, que permitiu aos pesquisadores alterar dinamicamente a interação entre a rotação e o movimento dos íons, minimizando a distorção dos estados de energia finita do GKP. O resultado: portas quânticas com economia de energia e compatíveis com as arquiteturas de hardware existentes.
A diferença entre esta pesquisa e o uso de qubits físicos para criar um qubit lógico, a codificação GKP requer menos recursos físicos, mas apresenta seu próprio conjunto de desafios, incluindo manter um equilíbrio de energia finito e lidar com distorções durante a operação lógica.
Superando Limitações: Desafios com a Codificação GKP
Embora os resultados do estudo da Universidade de Sydney sejam promissores, existem limitações. O principal desafio é a reversão móvel, que introduz erros na implementação de portas de dois qubits, reduzindo sua confiabilidade para 0,680. A natureza de potência finita dos circuitos GKP também leva a pequenas distorções durante a operação, exigindo ciclos adicionais de correção de erros para manter os qubits codificados. Essas limitações mostram que, embora a codificação GKP reduza a sobrecarga de hardware em comparação com esquemas qubit lógicos, ela não elimina totalmente a necessidade de melhorias adicionais em hardware e software.
Implicações Futuras para a Nossa Missão Comunitária
Embora desafios como movimento reduzido e limitações de hardware permaneçam, pesquisas da Universidade de Sydney e Q-CTRL demonstram o potencial da codificação GKP para ser usada como correção de erros eficiente com requisitos de hardware reduzidos. A implementação bem-sucedida de um conjunto de portas padrão para qubits GKP fornece insights importantes tanto para pesquisas acadêmicas quanto para aplicações de negócios, destacando o papel dos qubits lógicos no desenvolvimento de computação quântica escalonável e confiável. À medida que o campo avança, as contribuições tanto do meio académico como da indústria produzirão mais conhecimento, aproximando-nos colectivamente, como sociedade, da obtenção de vantagens quânticas.
