Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowa metoda ma 400 000 razy zmniejszać liczbę katastrofalnych błędów w komputerach kwantowych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Badacze z QuTech (Uniwersytet Techniczny w Delft), we współpracy z Fujitsu i firmą Element Six, zaprezentowali działający zestaw bramek kwantowych, w których prawdopodobieństwo wystąpienia błędu wynosi poniżej 0,1%. Mimo, że całość wymaga jeszcze wiele pracy, tak niskie prawdopodobieństwo pojawienia się błędu jest jednym z podstawowych warunków prowadzenia w przyszłości powszechnych obliczeń kwantowych na dużą skalę.
Skomplikowane obliczenia kwantowe wykonywane są za pomocą dużego ciągu podstawowych operacji logicznych prowadzonych na bramkach. Wynik takich obliczeń będzie prawidłowy pod warunkiem, że na każdej z bramek pojawi się minimalna liczba błędów, z którymi będą mogły poradzić sobie algorytmy korekty błędów. Zwykle uznaje się, że błędy nie powinny pojawiać się w więcej niż 0,1% do 1% operacji. Tylko wówczas algorytmy korekty będą działały właściwie i otrzymamy prawidłowy wynik końcowy obliczeń.
Inżynierowie z QuTech i ich koledzy pracują z procesorami kwantowymi, które w roli kubitów wykorzystują spiny w diamentach. Kubity te składają się z elektronu i spinu powiązanego z defektami struktury krystalicznej diamentu. Defektem takim może być miejsce, w którym atom azotu zastąpił atom węgla w diamencie. Procesory takie działają w temperaturze do 10 K i są dobrze chronione przed zakłóceniami. Współpracują też z fotonami, co pozwala na stosowanie metod przetwarzania rozproszonego.
Podczas eksperymentów wykorzystano system dwóch kubitów, jednego ze spinu elektronu w centrum defektu sieci krystalicznej, drugiego ze spinu jądra atomu w centrum defektu. Każdy z rodzajów bramek w takim systemie działał z odsetkiem błędów poniżej 0,1%, a najlepsze bramki osiągały 0,001%
Żeby zbudować tak precyzyjne bramki, musieliśmy usunąć źródła błędów. Pierwszym krokiem było wykorzystanie ultraczystych diamentów, które charakteryzuje niska koncentracja izotopów C-13, będących źródłem zakłóceń, wyjaśnia główny autor badań, Hans Bartling. Równie ważnym elementem było takie zaprojektowanie bramek, by odróżniały kubity od siebie i od szumów tła. W końcu zaś, konieczne było precyzyjne opisanie bramek i zoptymalizowanie ich działania. Naukowcy wykorzystali metodę zwaną gate set tomography, która pozwala na dokładny opis bramek i operacji logicznych w procesorach kwantowych. Uzyskanie pełnej i precyzyjnej informacji o błędach na bramkach było niezwykle ważne dla procesu usuwania niedoskonałości i optymalizowania parametrów bramek, dodaje Iwo Yun.
To jednak dopiero jeden, chociaż niezmiernie ważny, krok w kierunku wiarygodnego uniwersalnego komputera kwantowego. Nasz eksperyment został przeprowadzony na dwukubitowym systemie i wykorzystaliśmy konkretny rodzaj defektów sieci krystalicznej. Największym wyzwaniem jest utrzymanie i poprawienie jakości bramek w momencie, gdy trafią one do układów scalonych ze zintegrowaną optyką oraz elektroniką i będą pracowały ze znacznie większą liczbą kubitów, wyjaśnia Tim Taminiau, który nadzorował prace badawcze.
Bramki zostały szczegółowo opisane na łamach Physical Review Applied.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego wykonali ważny krok w kierunku praktycznego wykorzystania komputerów kwantowych. Jako pierwsi zaprezentowali kwantowe przetwarzanie rozproszone. Wykorzystali przy tym fotoniczny interfejs, za pomocą którego połączyli dwa procesory kwantowe w jeden w pełni działający komputer. Swoje osiągnięcie opisali na łamach Nature.
W ten sposób zapoczątkowali rozwiązanie problemu skalowalności maszyn kwantowych. Dzięki temu można, przynajmniej teoretycznie, połączyć olbrzymią liczbę niewielkich urządzeń kwantowych, które działałyby jak jeden procesor operujący na milionach kubitów. Zaproponowana na Oksfordzie architektura składa się z niewielkich węzłów, z których każdy zawiera małą liczbę kubitów, na które składają się jony uwięzione w pułapkach. Połączone za pomocą światłowodów węzły można ze sobą splątać, co pozwala na przeprowadzanie obliczeń kwantowych, podczas których wykorzystuje się kwantową teleportację.
Oczywiście już wcześniej różne zespoły naukowe potrafiły dokonać kwantowej teleportacji stanów. Wyjątkowym osiągnięciem uczonych z Oksfordu jest teleportacja bramek logicznych. Zdaniem badaczy, kładzie to podwaliny pod „kwantowy internet” przyszłości, w którym odległe procesory utworzą bezpieczną sieć komunikacyjną i obliczeniową.
Autorzy dotychczasowych badań nad kwantową teleportacją skupiali się na teleportacji stanów kwantowych pomiędzy fizycznie oddalonymi systemami. My użyliśmy kwantowej teleportacji do przeprowadzenia interakcji pomiędzy takimi systemami. Precyzyjnie dostrajając takie interakcje możemy przeprowadzać operacje na bramkach logicznych pomiędzy kubitami znajdującymi się w oddalonych od siebie miejscach. To pozwala na połączenie różnych procesorów kwantowych w jeden komputer, mówi główny autor badań Dougal Main.
Wykorzystana koncepcja jest podobna do architektury superkomputerów, w których poszczególne węzły obliczeniowe – de facto osobne komputery – są połączone tak, że działają jak jedna wielka maszyna. W ten sposób naukowcy ominęli problem upakowania coraz większej liczby kubitów w jednym komputerze, zachowując jednocześnie podatne na zakłócenia stany kwantowe, niezbędne do przeprowadzania operacji obliczeniowych. Taka architektura jest też elastyczna. Pozwala na podłączania i odłączanie poszczególnych elementów, bez zaburzania całości.
Badacze przetestowali swój komputer za pomocą algorytmu Grovera. To kwantowy algorytm pozwalający na przeszukiwanie wielkich nieuporządkowanych zbiorów danych znacznie szybciej niż za pomocą klasycznych komputerów. Nasz eksperyment pokazuje, że obecna technologia pozwala na kwantowe przetwarzanie rozproszone. Skalowanie komputerów kwantowych to poważne wyzwanie technologiczne, które prawdopodobnie będzie wymagało nowych badań w dziedzinie fizyki i będzie wiązało się poważnymi pracami inżynieryjnymi w nadchodzących latach, dodaje profesor David Lucas z UK Quantum Computing and Simulation Lab.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczniowie jednej z kanadyjskich szkół podstawowych odkryli, że astronauci narażeni są na niebezpieczeństwo, o którym NASA nie miała pojęcia. Dzieci przeprowadziły badania, z których wynika, że EpiPen, autostrzykawka z epinefryną (adrenaliną) jest nieskuteczna poza atmosferą Ziemi. W nagrodę w czerwcu uczniowie pojadą do Wirginii, gdzie przedstawią swoje wyniki naukowcom z NASA.
Uczniowie z St. Brother André Elementary School’s Program for Gifted Learners wzięli udział w inicjatywie NASA o nazwie „Cubes in Space”. Jedną z części tego projektu jest prowadzenie w przestrzeni kosmicznej badań zaprojektowanych przez uczniów. Młodzi Kanadyjczycy w wieku 9–12 lat postanowili dowiedzieć się czy EpiPen działa w kosmosie. Epinefryna może bowiem uratować życie np. w przypadku nagłej ostrej reakcji alergicznej.
Projekt polegał na wysłaniu w przestrzeń kosmiczną zarówno próbki czystej epinefryny, jak i EpiPen. Jednak przesyłka musiała zmieścić się w opakowaniu o wymiarach 4x4 cm, nie było więc mowy o wysłaniu EpiPen. Po konsultacji z ekspertem z University of Ottawa, chemikiem Paulem Mayerem, dzieci opracowały odpowiedni sposób na wstrzyknięcie roztworu z EpiPen do małej próbówki. Jeden z zestawów składających się z czystej epinefryny i roztworu z EpiPen wysłano balonem, drugi zaś poleciał rakietą NASA. Próbki przeanalizowano przed wysyłką w kosmos, jak i po powrocie.
Mayer przyznaje, że sceptycznie podchodził do pomysłu, by promieniowanie kosmiczne mogło wpłynąć na epinefrynę. Okazało się jednak, że to dzieci miały rację. Po powrocie z przestrzeni kosmicznej okazało się, że czysta epinefryna przestała być czysta. W próbce epinefryna stanowiła jedynie 87%, reszta zamieniła się w bardzo toksyczne pochodne kwasu benzoesowego. Z kolei w roztworze EpiPen nie stwierdzono w ogóle obecności epinefryny po jego powrocie z przestrzeni kosmicznej. Okazuje się zatem, że EpiPen będzie nieskuteczny, a czysta epinefryna może być toksyczna, gdyby trzeba było zastosować je poza atmosferą Ziemi.
Uczniowie nie osiadają jednak na laurach. Już zapowiedzieli powtórzenie swojego eksperymentu, by potwierdzić jego wyniki. Pracują też nad kapsułą, która ochroni zawartość EpiPen w przestrzeni kosmicznej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Aalto University, IQM Quantum Computers oraz VTT Technical Research Centre of Finland odkryli nowy nadprzewodzący kubit. Unimon bo o nim mowa, zwiększy dokładność obliczeń dokonywanych za pomocą komputerów kwantowych. Pierwsze bramki logiczne wykorzystujące unimony pracują z dokładnością 99,9%.
Nieliczne współczesne komputery kwantowe wciąż nie są wystarczająco wydajne i nie dostarczają wystarczająco dokładnych danych, by można było je zaprzęgnąć do obliczeń rozwiązujących praktyczne problemy. Są najczęściej urządzeniami badawczo-rozwojowymi, służącymi pracom nad kolejnymi generacjami komputerów kwantowych. Wciąż zmagamy się z licznymi błędami powstającymi w 1- i 2-kubitowych bramkach logicznych chociażby wskutek zakłóceń z otoczenia. Błędy te są na tyle poważne, że uniemożliwiają prowadzenie praktycznych obliczeń.
Naszym celem jest zbudowanie kwantowych komputerów, które nadawałyby się do rozwiązywania rzeczywistych problemów. To odkrycie jest ważnym kamieniem milowym dla IQM oraz znaczącym osiągnięciem na drodze ku zbudowaniu lepszych komputerów kwantowych, powiedział główny autor badań, profesor Mikko Möttönen z Aalto University i VTT, który jest współzałożycielem i głównym naukowcem IQM Quantum Computers.
Unimony charakteryzują się zwiększoną anharmonicznością, pełną odpornością na szumy wywoływane prądem stałym, zmniejszoną wrażliwością na zakłócenia magnetyczne oraz uproszczoną budową, która wykorzystuje pojedyncze złącze Josephsona w rezonatorze. Dzięki temu w jednokubitowej bramce o długości 13 nanosekund udało się uzyskać dokładność od 99,8 do 99,9 procent na trzech kubitach unimonowych. Dzięki wyższej anharmoniczności czyli nieliniowości niż w transmonach [to wcześniej opracowany rodzaj kubitów, który ma zredukowaną wrażliwość za zakłócenia ze strony ładunku elektrycznego – red.], możemy pracować z unimonami szybciej, co prowadzi do pojawiania się mniejszej liczby błędów na każdą operację, wyjaśnia doktorant Eric Hyyppä.
Na potrzeby badań fińscy naukowcy skonstruowali układy scalone, z których każdy zawierał trzy kubity unimonowe. W układach użyto głównie niobu, z wyjątkiem złącz Josephsona, które zbudowano z aluminium. Unimony są bardzo proste, a mimo to mają liczne zalety w porównaniu z transmonami. Sam fakt, że już pierwsze uzyskane unimony działały tak dobrze, pozostawia dużo miejsca na ich optymalizację i osiągnięcie ważnych kamieni milowych. W następnym kroku badań chcemy zapewnić jeszcze lepszą ochronę przed szumem i zademonstrować bramki dwukubitowe, mówi profesor Möttönen.
Więcej o unimonie można przeczytać na łamach Nature Communications.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z NASA naprawili sondę Voyager 1. Jak informowaliśmy w maju, sonda, znajdująca się w odległości ponad 23 miliardów kilometrów od Ziemi, zaczęła przysyłać nieprawidłowe dane. Były one wysyłane z systemu AACS, do którego od 45 lat należy kontrola nad prawidłową orientacją pojazdu. Jednym z jego zadań jest dopilnowanie, by antena Voyagera była skierowana dokładnie na Ziemię. Wszystko działało prawidłowo, jednak odczyty z AACS nie oddawały tego, co rzeczywiście dzieje się z sondą.
Sygnał z Voyagera 1 nie tracił mocy, co wskazywało, że antena jest precyzyjnie ustawiona w stronę Ziemi. Dane przysyłane z AACS czasem wyglądały na generowane losowo, innymi razy nie oddawały żadnego stanu, w jakim urządzenie mogło się znaleźć. Jakby tego było mało, błąd w AACS nie uruchomił żadnego z zabezpieczeń Voyagera. Po miesiącach pracy inżynierowie w końcu znaleźli źródło problemu. Okazało się, że AACS zaczął przesyłać dane za pośrednictwem komputera, który przestał pracować wiele lat temu. I to ten komputer uszkadzał dane.
NASA nie zna natomiast samej przyczyny błędy. Nie wiadomo, dlaczego AACS zaczął przesyłać dane tą drogą. Susanne Dodd, odpowiedzialna za Voyagera, podejrzewa, że stało się tak w momencie, gdy centrum kontroli nakazało Voyagerowi przesyłanie danych przez jeden z dobrze działających komputerów. Niewykluczone, że komenda ta została zniekształcona przez komputer, który przekierował dane z AACS do wadliwej maszyny. Jeśli tak, to oznacza, że któryś ze znajdujących się na pokładzie Voyagera elementów wygenerował błąd. A inżynierowie nie wiedzą jeszcze, który to element. Specjaliści nie ustają w poszukiwaniu źródła problemów, jednak w tej chwili wygląda na to, że misja Voyagera nie jest zagrożona.
Jesteśmy szczęśliwi, że telemetria wróciła. Dokonamy teraz pełnego przeglądu układów pamięci AACS i przeanalizujemy wszystko, co system ten robił. To powinno tam pomóc w odnalezieniu przyczyny problemu. Jesteśmy optymistami, chociaż przed nami jeszcze dużo pracy, dodaje Dodd.
Voyager 1 i Voyager 2 pracują już przez 45 lat. To znacznie dłużej niż pierwotnie planowano. Oba pojazdy znajdują się już w przestrzeni międzygwiezdnej.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.