Resumo interno:
- A equipe do Dr. Seung-Woo Lee, do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia, desenvolveu uma arquitetura quântica híbrida para correção de erros que combina qubits quânticos discretos e qubits de modulação contínua.
- O sistema híbrido combina os pontos fortes de ambos os tipos de qubit para reduzir suas fraquezas individuais, usando técnicas de combinação híbrida para criar uma estrutura de rede de correção de erros, que é altamente compatível com a melhoria do desempenho da computação quântica óptica.
- Simulações numéricas mostraram que o sistema híbrido pode tolerar taxas de perda de fótons até quatro vezes maiores do que os métodos existentes e melhorar a eficiência dos recursos em 13 vezes, mantendo taxas de erro razoáveis.
- Esta investigação, que é resultado de uma colaboração internacional com instituições como a Universidade de Chicago, destaca o potencial das tecnologias híbridas para apoiar o desenvolvimento e comercialização de computadores quânticos em grande escala.
A correção quântica de erros é amplamente aceita como uma parte necessária da construção de computadores quânticos eficientes. Erros na modulação qubit podem degradar o desempenho dos cálculos quânticos, tornando importante minimizar esses erros para que um computador quântico possa superar com sucesso seu equivalente clássico nos sistemas corretos. Pesquisa recente da equipe do Dr. Seung-Woo Lee, do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST), foi publicado em PRX Quantum apresenta uma nova arquitetura para correção de erros quânticos híbridos que inclui variáveis discretas (qubits com estados discretos) e variáveis contínuas (qubits com uma faixa de valores) de um sistema unificado, buscando melhorar a tolerância a erros em sistemas quânticos.
Essa estrutura foi projetada deliberadamente, conforme observado no estudo, para superar algumas das limitações do uso independente de qubits DV e CV, que têm sido usados separadamente por empresas como IBM, Google e Xanadu. A abordagem híbrida demonstrada pela equipe KIST pode fornecer melhorias na correção de erros, particularmente em sistemas de computação quântica óptica.
Um método híbrido para correção quântica de erros
Qubits são propensos a erros devido a ruído espacial e imperfeições operacionais. Esses erros, se não forem corrigidos, afetarão a capacidade de obter as vantagens computacionais possíveis com os computadores quânticos. A equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Seung-Woo Lee desenvolveu um método para combinar a correção quântica de erros para qubits DV e CV, apresentando uma arquitetura de computador quântico tolerante a erros que combina os recursos de ambos os tipos de qubit.
De acordo com a pesquisa, os qubits DV são geralmente fáceis de usar e medir, mas consomem muitos recursos em termos de correção quântica de erros. Por outro lado, os qubits CV oferecem um ambiente rico para a codificação de informações quânticas e podem fornecer métodos muito eficientes para correção de erros. No entanto, são muito sensíveis a perdas, o que afeta a precisão dos cálculos.
Ao combinar esses dois tipos de qubits em um sistema híbrido, os pesquisadores foram capazes de desenvolver um design que utiliza as vantagens de ambos e, ao mesmo tempo, minimiza seus pontos fracos. Os qubits híbridos estão conectados no que a pesquisa chama de “técnicas de fusão híbrida”, criando uma estrutura de rede de correção de erros projetada para tolerar tipos comuns de erros, como perda de fótons.
Principais conclusões das medições numéricas
O estudo destaca resultados de simulação numérica que demonstram o desempenho da arquitetura híbrida em comparação com esquemas tradicionais de correção de erros quânticos. Segundo os pesquisadores, o sistema híbrido pode tolerar taxas de perda de fótons até quatro vezes maiores do que as técnicas existentes, uma melhoria significativa para sistemas ópticos quânticos, onde a perda de fótons é uma importante fonte de erro.
Além disso, o método híbrido melhora a eficiência dos recursos 13 vezes, mantendo um nível constante de taxas de erro razoáveis. Este aumento de eficiência é consistente com a escalabilidade dos sistemas quânticos para casos de utilização práticos, onde os recursos são muitas vezes o fator limitante.
Dr. Jaehak Lee, do KIST, enfatizou a flexibilidade da nova arquitetura, observando que, embora seja adequada para computação quântica óptica, o método híbrido de correção de erros poderia ser usado em outras aplicações, incluindo computadores quânticos supercondutores e com armadilha de íons. Essa flexibilidade abre portas para novos experimentos em várias plataformas quânticas.
Esforços colaborativos e implicações futuras
Esta pesquisa baseia-se na colaboração contínua entre o KIST e instituições internacionais como a Universidade de Chicago e a Universidade Nacional de Seul. Em março do ano passado, o KIST assinou um memorando de cooperação com a Universidade de Chicago. O método híbrido de correção de erros quânticos é resultado direto dessa relação, que tem mostrado potencial para desenvolver uma tecnologia que possa liderar o campo da computação quântica.
“Espera-se que a tecnologia híbrida que combina as vantagens de diferentes plataformas desempenhe um papel importante no desenvolvimento e comercialização de supercomputadores”, disse o Dr. Seung-Woo Lee, falando sobre a importância desse sucesso.
A arquitetura quântica híbrida para correção de erros introduzida pelo KIST pode contribuir para o futuro da construção de computadores quânticos tolerantes a falhas. Ao combinar qubits DV e CV, os pesquisadores conseguiram criar um sistema de recursos mais eficiente que fornece recursos aprimorados de correção de erros.
À medida que a tecnologia quântica continua a evoluir, combinar diferentes plataformas quânticas numa arquitetura híbrida pode ser uma estratégia comum para superar as limitações dos sistemas individuais. A investigação do KIST e dos seus colaboradores é também um exemplo da crescente importância da cooperação internacional no desenvolvimento da tecnologia de computação quântica.
Os autores que contribuíram para o estudo incluem Jaehak Lee, Nuri Kang, Seok-Hyung Lee, Hyunseok Jeong, Liang Jiang e Seung-Woo Lee.
