Pagpapakita ng Lattice Surgery Nagpapalawak sa Fault-Tolerant Quantum Computing

Isang pangkat ng mga siyentipiko, pinamunuan ng mga mananaliksik mula sa ETH Zurich, kamakailan ay nagpakita ng paraan upang i-entangle ang mga quantum bit sa pamamagitan ng lattice surgery. Ang proseso ay nagbibigay-daan sa mga inhinyero na lumikha ng mas makapangyarihang quantum computer, pinalalawak ang kahanga-hangang kakayahan ng mga aparatong ito at nagbubukas ng pintuan para sa hinaharap na paggamit. Narito ang mga dapat mong malaman.

Ano ang Pinakapangunahing Pagkakaiba ng mga Quantum Computer

Maraming nakikita ang mga quantum computer bilang susunod na hakbang sa ebolusyon ng mga computer. Ang mga aparatong ito ay maaaring magbigay ng libu-libong beses na mas malaking kapangyarihan sa pagkompyut, na ginagawang perpekto para sa komplikadong siyentipikong kalkulasyon at iba pa.
Quantum computers ay napatunayan na mas makapangyarihan kaysa sa tradisyunal na mga computer. Higit silang nakahihigit sa mga tradisyunal na aparato dahil umaasa sila sa mga qubit, superposisyon, entanglement, at interference upang iproseso ang impormasyon. Ang estrukturang ito ay nagbibigay-daan sa pagproseso ng milyun-milyong kalkulasyon nang sabay-sabay.

Bakit ang Quantum Error Correction ang Pangunahing Hadlang

Gayunpaman, pagdating sa pag-iimbak ng quantum data, ito ay mas mahirap kaysa sa tradisyunal na mga bit, na maaaring kopyahin at iimbak. Kapag nakuha, maaaring i-cross-reference ang mga duplicate upang matiyak na hindi nasira ang data.
Ang quantum error correction ay mas kumplikado dahil sa ilang kadahilanan. Una, hindi maaaring kopyahin ang mga quantum qubit sa parehong paraan tulad ng tradisyunal na mga bit. Sa halip, umaasa ito sa mga entangled na estado na nilikha sa pagitan ng mga qubit. Ang marupok na estadong ito ay madaling masira.

Pagbaliktad ng Bit at Pagbaliktad ng Phase

Gayundin, kailangang harapin ng mga quantum computer ang decoherence at mga pag-shift ng phase. Natatangi ang mga quantum computer dahil ang mga qubit ay maaaring bigla at walang babala na baguhin ang kanilang phase mula positibo tungong negatibo. Ang isyung ito ay nagpadali sa pag-iimbak ng quantum data sa mahabang panahon.

Paano Inaayos ng mga Inhinyero ang Isyung Ito

May ilang paraan kung paano sinusubukan ng mga inhinyero na itama ang mga quantum shift na ito. Isang kilalang pamamaraan ay ang paglikha ng lohikal na qubit mula sa iba’t ibang ibang qubit. Kapag nalikha na, patuloy na mag-aaplay ang mga inhinyero ng error correction upang matiyak ang katumpakan.

Ang prosesong ito ay nangangailangan ng mga siyentipiko na patuloy na sukatin ang estado ng mga purpose-built na stabilizer. Ang mga stabilizer na ito ay nagbibigay-daan sa mga inhinyero na subaybayan ang anumang pagbabago sa qubit nang hindi binabago ang halaga nito. Ginagawa nila ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng nasusubaybay na bit at phase readouts.

Ang prosesong ito ay lumilikha ng data qubits. Ang mga qubit na ito ay nagsisilbing imbakan ng estado ng pagwawasto. Lumilitaw ang mga problema dahil karamihan sa mga quantum computer ay umaasa sa dalawang-dimensional na mga array ng superconducting qubits.

Ang mga qubit na ito ay nananatiling nakakandado sa espasyo at hindi maaaring ilipat nang hindi nasisira ang quantum state. Ang mga stabilizer ay tumutulong upang mapanatili ang katatagan. Gayunpaman, maaari lamang silang gumana sa mga qubit na magkatabi, ibig sabihin ay perpekto lamang para sa dalawang-dimensional na aplikasyon ng qubit at napakakaunti ang kanilang gamit.

Pag-aaral ng Lattice Surgery sa Quantum Bits

Sa layuning mapabuti ang kakayahan ng quantum computing, naglathala ang mga siyentipiko mula sa ETH Zurich at Paul Scherrer Institute ng pag-aaral na “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits”¹ sa Nature Physics.
Ipinakilala ng papel ang isang bagong metodolohiya para sa quantum entanglement at mga stabilizer. Ang kanilang bagong pamamaraan ay nagbibigay-daan sa mga quantum computer na magsagawa ng quantum operations sa pagitan ng superconducting logical qubits habang isinasagawa ang real-time error correction.

Ano ang Lattice Surgery sa Quantum Computing?

Sa gitna ng bagong pag-unlad na ito ay ang lattice surgery. Ang lattice surgery ay nag-uugnay ng mga topological code sa pagitan ng mga lohikal na qubit. Ang pamamaraan na ito ay sumusuporta sa 2D na ayos ng qubit kasabay ng fault-tolerant na operasyon ng gate.

Sa pamamagitan ng paggamit ng lattice surgery, nagawang mag-apply ng mga logic gate ang mga inhinyero sa pagitan ng mga encoded na qubit kahit na hindi sila magkatabi. Ang estratehiyang ito ay iniiwasan ang direktang pagdikit ng qubit, na nagbabawas ng mga error mula sa decoherence.

Ang lattice surgery ay nakasalalay sa paggamit ng mga patch, na mga qubit na may inilapat na stabilizer. Ang proseso ay pansamantalang nag-uugnay sa mga gate na ito, na nagbibigay-daan sa parity checks at mas malaking code space para sa pagproseso. Kapansin-pansin, ang gawaing ito ay isa sa mga unang eksperimento na nagpapakita ng lattice surgery na isinagawa sa pagitan ng mga encoded na lohikal na qubit gamit ang superconducting surface-code hardware habang pinapanatili ang real-time error correction sa operasyon.

Paano Isinagawa ang Eksperimento sa Lattice Surgery

Nagsagawa ang mga inhinyero ng ilang mga pagsusulit upang matiyak na tama ang kanilang mga kalkulasyon. Una, lumikha ang koponan ng isang quantum device. Ang logic gate ay binubuo ng 17 superconducting qubits na nakaayos sa isang magaspang na hugis parisukat.

Pagkatapos i-entangle ang dalawa, tumuon ang mga inhinyero sa mga split operation. Upang gawin ito, in-encode nila ang mga lohikal na qubit gamit ang mga bit-flip repetitions. Sinubaybayan nila ang mga resulta ng stabilizer tuwing 1.66 microseconds habang isinasagawa rin ang mga pagwawasto ng bit flip at phase flip.

Hinahati ng pamamaraan ang surface code square sa dalawang kalahati, na nagpapadali sa pagsubaybay at pagsubok. Sa masusing pagsusuri, ipinakita ng mga resulta ng pagsubok na tama ang kanilang mga teorya.

Lattice Surgery sa Quantum Bits – Mga Resulta ng Pagsubok

Napansin ng mga inhinyero na ang mga bit flip error ay naayos nang real time. Nakapagtala sila ng pagbuti kumpara sa mga non-encoded na circuit na sumailalim sa parehong proseso, at ang resulta ay matagumpay na nakalikha ang mga inhinyero ng dalawang lohikal na qubit na nag-entangle sa isa’t isa.

Mga Benepisyo ng Lattice Surgery sa Quantum Bits

Maraming benepisyo ang hatid ng pag-aaral na ito sa merkado. Una, binubuksan nito ang pintuan para sa mas makapangyarihan at mas tumpak na mga quantum computer. Ang kakayahang bawasan at i-encode ang fault tolerance at mga pagwawasto sa mga aparatong ito ay magpapahintulot sa mga susunod na bersyon na magbigay ng mas mataas na pagganap at katatagan.

Lattice Surgery sa Quantum Bits: Mga Real-World na Aplikasyon at Timeline

May ilang aplikasyon ang gawaing ito. Pangunahin, tutulong ang pananaliksik na ito na palawakin at pagbutihin ang umuusbong na sektor ng quantum computer. Nagbibigay ito ng bagong antas ng katatagan sa mga aparatong ito, na nagpapahintulot sa mga inhinyero na lumikha ng mas makapangyarihang yunit na umaasa sa mas marami pang qubit upang patakbuhin ang mga operasyon.

Timeline ng Lattice Surgery sa Quantum Bits

Ayon sa mga inhinyero, marami pang gawain ang kailangang tapusin bago handa at magamit ang teknolohiyang ito sa mga makabagong quantum device ng ngayon. Gayunpaman, maaari mong asahan na makita ang teknolohiyang ito na inilalapat sa sektor sa susunod na 7-10 taon, kasabay ng mas malawak na pag-aampon ng quantum computer.

Lattice Surgery sa Quantum Bits: Mga Mananaliksik

Ang mga mananaliksik mula sa ilang kilalang institusyon ay lumahok sa pag-aaral na ito. Partikular, pinamunuan ni D-PHYS Professor Andreas Wallraff ang papel na pananaliksik habang si Professor Markus Müller mula sa RWTH Aachen University at Forschungszentrum Jülich ay co-author ng gawain. Nabanggit din sa papel sina Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah, at Dante Colao Zanuz bilang mga kontribyutor.

Hinaharap ng Lattice Surgery sa Quantum Bits

Ang hinaharap ng teknolohiyang ito ay maganda. Ang layunin ay isama ito sa iba pang kamakailang breakthrough upang matulungan ang mga inhinyero na maabot ang kanilang pangkalahatang layunin na magtayo ng kapaki-pakinabang na mga quantum computer na umaasa sa libu-libong qubit sa halip na ilang dosena.

Pamumuhunan sa Quantum Innovation

Ang sektor ng quantum computing ay pinangungunahan ng ilang mga kumpanya sa pananaliksik na nag-invest ng milyong-milyon sa teknolohiya. Patuloy na sinisid ng mga grupong ito ang teknolohiyang ito nang may makabago na espiritu, tumutulong upang matuklasan ang mga dating itinuturing na imposibleng pamamaraan. Narito ang isang kumpanya na tumulong sa pagpapasigla ng mga susunod na pag-unlad at pag-aampon.

Rigetti Computing

Itinatag ang Rigetti Computing (RGTI ) noong 2013 ni Chad Rigetti na may tiyak na layuning bumuo ng pinakamakapangyarihang quantum computer sa mundo gamit ang superconducting qubit technology. Hindi tulad ng IonQ, na gumagamit ng trapped ions, ang pokus ng Rigetti sa superconducting circuits ay mas malapit na naaayon sa pananaliksik ng ETH Zurich na may kinalaman sa lattice surgery sa superconducting logical qubits. Noong 2018, ipinakita ng Rigetti ang isang 128-qubit chip, at mula noon ay nanguna ang kumpanya sa pag-develop ng “Full-Stack” quantum computing. Kabilang dito ang pasilidad na Fab-1, ang kauna-unahang dedicated na quantum foundry sa mundo, kung saan dinisenyo at ginagawa nila ang kanilang sariling quantum processor.

Nagawa ng Rigetti ang makabuluhang pag-unlad sa hybrid quantum-classical computing. Ang platform nito na Quantum Cloud Services (QCS) ay nag-iintegrate ng mga quantum processor sa high-performance na klasikong imprastruktura, isang pangangailangan para sa real-time error correction na tinalakay sa kasalukuyang pananaliksik. Noong 2021, naging pampubliko ang Rigetti sa pamamagitan ng merger sa Supernova Partners Acquisition Company II, at nakalista sa NASDAQ. Sa kasalukuyan, aktibong binubuo ng Rigetti ang mga Ankaa-class system nito, na gumagamit ng square lattice ng tunable couplers. Ang arkitekturang ito ay partikular na dinisenyo upang suportahan ang uri ng fault-tolerant na operasyon at lohikal na pag-encode ng qubit na ipinakita sa pinakabagong pag-aaral ng ETH Zurich.

Pinakabagong Balita at Performance ng Rigetti Computing (RGTI)

Lattice Surgery sa Quantum Bits | Konklusyon

Ang mga quantum computer ay nangangako ng walang kapantay na kapangyarihan sa pagkompyut, ngunit ang kanilang kahinaan ay nagdulot na napakamahal para sa karamihan na magamit o pagmay-ari. Ang pinakabagong gawaing ito ay makakatulong upang patatagin ang mga aparatong ito, na nagdadala sa mundo ng isang hakbang papalapit sa isang abot-kayang at maaasahang opsyon. Dahil dito at iba pang kadahilanan, karapat-dapat ang mga inhinyerong ito ng isang standing ovation.

Alamin ang iba pang mga breakthrough sa quantum computer dito.

Mga Sanggunian

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}