Йельский университет возглавляет пятилетнюю инициативу при поддержке Национального научного фонда США на $37,5 млн, направленную на решение проблемы коррекции квантовых ошибок — ключевого препятствия для надежных квантовых вычислений. Новый Институт Quantum Leap Challenge Института NSF по физике и инженерии практической коррекции квантовых ошибок, известный как NSF PRACTIQAL, объединяет исследователей разных дисциплин и университетов, чтобы разработать путь к practical, industry-scale quantum computers. Эта работа важна, поскольку квантовые машины должны выявлять и исправлять ошибки быстрее, чем они возникают, чтобы стать достаточно надежными для реального применения. .
Ключевые факты
- Грант NSF составляет $37,5 млн и поддерживает пятилетний проект под руководством Йеля.
- NSF PRACTIQAL будет заниматься коррекцией квантовых ошибок — от физических кубитов и управляющей электроники до алгоритмов.
- Центр сосредоточится на масштабировании машин с коррекцией ошибок и на «кубитах стирания», предназначенных для указания места и времени возникновения ошибки.
- Награда входит в число восьми грантов NSF Quantum Leap Challenge Institute для крупных междисциплинарных исследовательских центров.
Что это означает для исследователей и университетов
Для исследователей и участвующих университетов NSF PRACTIQAL создает скоординированную программу, охватывающую физику, инженерию, информатику и химию. Вместо рассмотрения аппаратуры, кодов коррекции ошибок и алгоритмов как отдельных задач центр намерен оптимизировать их совместно, чтобы сделать отказоустойчивые квантовые системы более достижимыми, эффективными и практичными.
В число участвующих преподавателей Йеля входят Роберт Шёлкопф и Майкл Хэтридж, а также Ёншан Дин, Линь Чжун, Александер Кубица, Шрути Пури, Стивен Гирвин, Конрад Ленерт и Виктор Батиста. В институт также входят университеты-партнеры, промышленные партнеры и внешний консультативный совет, призванный поддерживать актуальность исследований для более широкого сообщества в сфере квантовых вычислений.
Почему коррекция квантовых ошибок — центральная задача проекта?
Коррекция квантовых ошибок имеет ключевое значение, потому что кубиты хрупки: шум и другие факторы окружающей среды могут нарушить их квантовые состояния. Поэтому практическая машина должна обнаруживать и исправлять ошибки быстрее, чем они возникают. NSF PRACTIQAL создан для изучения научных и инженерных решений, которые сделают этот процесс более эффективным и применимым в более крупных системах.
Информация в обычных компьютерах представлена устойчивыми единицами и нулями, тогда как кубиты значительно более подвержены ошибкам. Это различие сделало надежность серьезным препятствием для квантовых вычислений, несмотря на их потенциал решать задачи, которые почти невозможно решить классическими компьютерами, включая возможные применения в материаловедении и разработке лекарств.
«Сегодня коррекция ошибок — главная научная и инженерная задача на пути к тому, чтобы квантовые вычисления стали полезными», — сказал Роберт Шёлкопф, директор центра и профессор прикладной физики Sterling.
Как NSF PRACTIQAL планирует связать уровни квантового вычислительного стека
Подход центра состоит в работе на каждом уровне квантового компьютера. Его исследователи будут изучать физические кубиты и управляющую электронику, а также коды и алгоритмы, применяемые для работы машины. Цель — обеспечить, чтобы аппаратное и программное обеспечение проектировались для выполнения совместимых типов кода, повышая эффективность и снижая восприимчивость к ошибкам.
Один из исследовательских приоритетов — выявление проблем, замедливших масштабирование машин с коррекцией ошибок. Второй — изучение кубитов стирания, разработку которых первыми осуществили участники команды PRACTIQAL. Эти специально спроектированные кубиты служат метками, указывающими место и время ошибки; институт рассмотрит этот подход как часть работы по повышению практичности коррекции ошибок.
Майкл Хэтридж, содиректор PRACTIQAL и доцент прикладной физики, отметил, что значительная часть прежних работ была сосредоточена на очень небольших машинах, оптимизированных для коррекции ошибок. Цель группы — сократить путь к крупномасштабным квантовым компьютерам с коррекцией ошибок, доказав идеи и наметив маршрут к более крупным системам, а не строя гигантскую систему самостоятельно.
Какой результат должна дать пятилетняя работа
К концу пятилетнего проекта исследователи рассчитывают разработать путь к практическим компьютерам с коррекцией ошибок промышленного масштаба. Роль института — координировать экспертные знания, которые часто сосредоточены на отдельных компонентах, и применять их к оптимизированному проектированию машины в целом.
Грант NSF — одна из восьми наград для институтов Quantum Leap Challenge, представляющих собой крупные междисциплинарные центры, решающие важные задачи в области квантовой информационной науки и технологий. Для Йеля и его партнеров грант поддерживает работу по соединению фундаментальных исследований ошибок в квантовых устройствах с выбором аппаратного и программного обеспечения, необходимого для надежных машин.
Часто задаваемые вопросы
Что такое NSF PRACTIQAL?
NSF PRACTIQAL — это Институт Quantum Leap Challenge NSF по физике и инженерии практической коррекции квантовых ошибок. Под руководством Йеля он представляет собой пятилетний центр с финансированием $37,5 млн, объединяющий специалистов по информатике, химии, физике и инженерии для развития крупномасштабных квантовых вычислений с коррекцией ошибок.
Что такое кубиты стирания?
Кубиты стирания — это специально спроектированные кубиты, которые точно сигнализируют, где и когда произошла ошибка. NSF PRACTIQAL изучит их применение в рамках работы по повышению практичности и эффективности коррекции квантовых ошибок.
