|
Основа для построения квантовых сферических кодов
|
|
|
|
Для надежного выполнения сложных крупномасштабных вычислений вычислительные системы используют так называемые схемы коррекции ошибок - методы, предназначенные для защиты информации от ошибок. Эти методы, возможно, еще более важны, когда речь заходит о квантовых компьютерах - устройствах, которые выполняют вычисления, используя принципы квантовой механики.Это связано с тем, что квантовые компьютеры очень подвержены ошибкам, поскольку кубиты (то есть их единицы информации) могут потерять свое квантовое состояние из-за взаимодействия с окружающей средой. Схемы исправления ошибок для квантовых компьютеров должны быть адаптированы к квантово-механическим процессам с учетом уникальных уязвимостей квантовых вычислительных систем. Большинство разработанных на сегодняшний день кодов для исправления ошибок предназначены для устранения ошибок в системах, основанных на кубитах. Тем не менее, эти схемы часто несовместимы с другими квантовыми устройствами, которые хранят информацию в бозонных системах, таких как фотонные резонаторы.
|
|
|
|
Исследователи из NIST/Университета Мэриленда недавно представили новую концепцию построения квантовых кодов, которая также может быть применима к бозонным квантовым системам. Их концепция, изложенная в статье, опубликованной в Nature Physics, конкретно предлагает построение квантовых кодов, которые определяются на сферах. "В аспирантуре я был частью команды исследователей, работавших над кодами cat, которые используются для хранения квантовой информации с помощью света", - рассказал Виктор В. Альберт, ведущий автор статьи Phys.org. "По сути, эти коды являются примером фотонных или, в более общем смысле, бозонных кодов. Информация будет храниться в виде суперпозиции двух классических электромагнитных сигналов. Такие сигналы будут иметь разную амплитуду, но одинаковую длину волны". После разработки этих так называемых cat-кодов Альберт и некоторые его коллеги начали изучать возможность их обобщения, чтобы их можно было применять к множеству электромагнитных сигналов различной длины волны. Несмотря на то, что они смогли разработать некоторые системные коды, Альберт чувствовал, что они все еще не разработали единую структуру, которая могла бы быть распространена на различные системы.
|
|
|
"С тех пор популярность простейших cat-кодов возросла, и они стали использоваться в вычислительных схемах, разрабатываемых Amazon AWS, Yale Quantum Circuits Inc и Alice&Bob во Франции", - сказал Альберт. "В рамках нашего нового исследования мы решили разработать способ определения и изучения расширений кодов cat для электромагнитных сигналов различной амплитуды и частоты". Все квантовые коды требуют наложения чего-либо, и Альберт и его коллеги поняли, что имеет смысл наложить хорошо разделенные точки на сферу. Их концепция основана на ранее предложенном методе отображения электромагнитных сигналов любой частоты в точки на сфере. "Существует старая и очень общая методика, разработанная основателем теории информации Клодом Шенноном, которая отображает произвольный электромагнитный сигнал фиксированной амплитуды, но любой частоты, в точку на сфере", - объяснил Альберт. "Это означает, что эффективная передача классической информации с использованием света сводится к размещению как можно большего количества точек на сфере при одновременном обеспечении того, чтобы шум не приводил к их наложению".
|
|
|
|
Исследователи отталкивались от этой идеи и попытались воплотить ее в жизнь, применив к квантовым вычислениям. Кульминацией их усилий стала разработка новой теоретической основы для построения квантовых сферических кодов. "Мы поняли, что квантовая версия этого состоит в том, чтобы рассмотреть возможность наложения наборов точек, которые люди ранее определили как подходящие для передачи классической информации. В малых измерениях эти наборы включают углы знаменитых платоновых тел", - объяснил Альберт. "В более высоких измерениях определенные наборы связаны с экзотическими решетками и двоичными кодами". В своей статье Альберт и его коллеги описывают различные способы наложения точек в этих наборах для получения высокоэффективных квантовых кодов. Хотя их работа до сих пор была в основном теоретической, она открывает новый потенциальный путь для создания фотонных квантовых кодов, состоящих из наложения некоторого набора электромагнитных сигналов.
|
|
|
|
"Поскольку простейшие примеры этого продолжают разрабатываться экспериментальными группами как в промышленности, так и в научных кругах, эта структура может привести к созданию других аналогичных кодов", - сказал Альберт. "Практическая значимость, однако, зависит от будущих экспериментальных достижений в области управления квантовыми устройствами. Независимо от этого, эта структура должна стать интересной игровой площадкой для теоретиков на ближайшее время". Это недавнее исследование Альберта и его коллег указывает на потенциальный путь защиты бозонных квантовых систем от помех. В будущем это может проложить путь для дальнейших исследований, направленных на разработку квантовых аналогов классических сферических кодов и тестирование их производительности. "Квантовые вычисления - это не хранение квантовой информации, а манипулирование ею", - добавил Альберт. "Определив коды, мы теперь хотим выполнять над ними операции. Мы также изучаем другие классы кодов, которые не описаны в нашем фреймворке. Это довольно захватывающее время в теории фотонного кодирования".
|
|
|
|
Источник
|
