g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Tsinghua öğrencilerinden nihai not dökümü: kuantum dünyasında yeni bir rekor!

Yazar: Yin Zhang Qi

Editör: Wan Jun

12 Ocak sabahı makalemiz nihayet arXiv'de yayınlandı.

Geçtiğimiz dönemde, IBM bulut bilişim sunucusundaki 16 kübitin tamamının tam kuantum dolaşıklığını elde etmek için Tsinghua Üniversitesi'nden Yao sınıfı lisans öğrencisi Yuanhao Wang'ı Profesör Bei Zeng ve Dr. Ying Li ile işbirliği yapmaya yönlendirdim!

16 kübitlik tam kuantum dolaşıklığı, yalnızca süper iletken kuantum hesaplama sisteminde yeni bir rekor değil, aynı zamanda iyon tuzağı sistemi tarafından oluşturulan 14 kübit dolanıklığın ve foton platformunda 10-foton kuantum dolanmasının rekorunu da kırdı.

Mayıs 2016'da IBM, dünyanın dikkatini çeken beş kübit kuantum bulut platformunun lansmanını duyurdu. Kısa süre sonra bir araştırma grubu bu platforma dayalı deneyler yapmaya başladı ve makaleler yayınladı.

Bir yıl sonra, IBM'in kuantum bulut platformu yükseltildi ve 16 kübit çip çevrimiçi oldu. 16 kübitlik platform, 5 bitlik platformdan çok daha karmaşıktır ve birçok ilginç fikir doğrulanabilir. Ancak 16 bitlik çipe erişmek istiyorsanız, yine de dahili davet iznini almanız gerekir.

16 kübitlik çip yapısının şematik diyagramı. Resim kaynağı: quantumexperience.ng.bluemix.net

2017 yazında Kanada'daki Guelph Üniversitesi ve Waterloo Üniversitesi'nde Kuantum Hesaplama Enstitüsü'nden Doçent Zeng Bei ile tanıştım ve bunun hakkında konuştum. Bir yandan kendi kendimize bir kuantum bulut platformu oluşturmaya karar verirken, diğer yandan IBM'in kuantum bulut platformuna erişmenin bir yolunu bulup test edip araştırma yapacağız.

Profesör Zeng Bei, IBM'in Kuantum Bilgi Laboratuvarında çalışıyordu ve oradaki insanlara çok aşinaydı, bu yüzden hemen bir görüşme davet kodu aldı. Benim grubumdaki Tsinghua Üniversitesi Yao sınıfında ikinci sınıf öğrencisi olan Wang Yuanhao, araştırma konusuna henüz karar vermemişti.Onunla görüştükten sonra, IBM'in kuantum bulutu üzerinde test edeceğini belirledik.Araştırma konusu, birçok cisim dolaşık kuantum hallerini hazırlamaktı. Profesör Zeng Bei'nin daveti üzerine, Çin Bilimler Akademisi Enstitüsünden yardımcı araştırmacı Li Ying de projeye katıldı.Çok cisim dolanma ve hataya dayanıklı kuantum hesaplama teorisinde uzman.

Kuantum hesaplama ile klasik hesaplama arasındaki temel farklardan biri, klasik hesaplama yeteneklerini aşan kuantum algoritmalarını gerçekleştirebilen kuantum dolaşıklığının varlığıdır. Kuantum dolaşık durum Kuantum algoritmalarının hızlanmasının köküdür.Bir kuantum bilgisayarın üretebileceği kuantum dolanıklığı ne kadar büyükse, hesaplama gücü o kadar güçlüdür. Bu nedenle, kuantum hesaplama için bir kuantum bulut çipi kullanmak için, öncelikle bunun ne kadar büyük bir kuantum dolaşık durum üretebileceğini anlamak istiyoruz.

IBM 16 kübit kuantum bulut çipi. Resim kaynağı: GitHub

Ve kısaca işimiz, uygun bir çözüm tasarlamak ve ardından uzak sunucuda oturum açarak IBM laboratuvarındaki 16 kübit süper iletken kuantum hesaplama yongasını kontrol etmek ve kübitleri hazırlamak için evrensel kuantum mantık geçidi işlemini kullanmaktır. Çoklu cisim kuantum dolanıklığı daha sonra çok cisimli kuantum dolanmasının varlığını belirlemek için ölçülür. Amacımız 16 kübitin tümünü karıştırmak.

IBM Quantum Cloud'un iki bitlik mantık geçidinin aslına uygunluğunun çok yüksek olmadığını (yalnızca yaklaşık% 95) göz önünde bulundurarak, Desen (grafik durumu). Teorik olarak, görüntü yerel gürültü ve ölçüme göre nispeten dayanıklıdır ve daha büyük bir kuantum dolaşık durum oluşturması beklenir.

Wang Yuanhao'nun öğrenme yeteneği çok güçlü, kötü ziyaretler gibi küçük sorunları çözdükten sonra çabucak test etmeye başladı. Birkaç hafta sonra, 4 kübitin çok gövdeli dolanmasının doğrulandığını, ancak 6 bitlik kuantum dolanmasının yapılmasının ardından, bunun çok gövdeli bir dolaşık durum olup olmadığını belirlemenin imkansız olduğunu söyledi. Kuantum bulutu platformunu kullanarak, hazırlanan çok gövdeli dolaşık durumda holografik projeksiyon ölçümleri yapabilir ve durumunun yoğunluk matrisini elde edebilir. Aslına uygunluk, yoğunluk matrisi ile hedef durum arasındaki projeksiyona göre elde edilir, böylece hazırlanan durumun çok gövdeli bir dolaşık durum olup olmadığı belirlenebilir.

Bu yaklaşımla ilgili sorun, çok gövdeli dolaşık durumdaki kübitlerin sayısı arttıkça aslına uygunluğun keskin bir şekilde azalması ve birden fazla bit üzerinde projeksiyon ölçümlerini gerçekleştirmek için gereken süre gibi kaynakların da keskin bir şekilde artmasıdır. Bu yöntem, bit sayısı 6'ya ulaştığında başarısız olur.

Bu soruyla Li Ying ile görüşmeye gittik. Li Ying, grafiğin özelliklerine göre hazırlanan durum için yalnızca en yakın 4 kübitin azaltılmış yoğunluk matrisini dikkate almamızı önerdi. Dört bitin iki ucundaki iki kübit yerel olarak manipüle edilir ve ölçülürse, ortadaki iki cismin yoğunluk matrisi birbirine dolanır, bu da orijinal görüntünün ikisinden ayrılmayacağı anlamına gelir. nın-nin. Tüm olasılıkları aştıktan ve tüm ayrılabilir durumları ortadan kaldırdıktan sonra, hazırlanan grafiğin çok sayıda kuantum dolaşıklığına sahip olduğunu kanıtlayabiliriz. Bu yöntem, birçok cisim kuantum dolaşıklığının varlığı için yeterli bir koşuldur.Gerekli ölçüm sayısı, çok cisimli kuantum dolaşık durumdaki kübitlerin sayısı ile yalnızca doğrusal olarak artar, bu nedenle çok etkilidir.

Daha verimli bir ölçüm yöntemi belirledikten sonra, Wang Yuanhao'nun gelişimi daha da hızlı oldu.Sadece iki veya üç hafta içinde, 8, 10 ve 12 kübitlik çok gövdeli dolaşıklığı kanıtladı. Aslında, 12 bitlik dolaşık durum doğrulandıktan sonra, süper iletken kuantum devre sisteminde çok gövdeli kuantum dolaşık durumunun yeni bir kaydını oluşturduk. Önceki rekor, 10 süper iletken kübitti: Kullandıkları yöntem, bir adımda çok gövdeli bir GHZ dolaşık durumu hazırlamak için bir süper iletken boşluk yoluyla bitler arasında toplu etkileşimleri teşvik etmekti. Metodumuz, daha büyük bir evrenselliğe sahip olan evrensel bir kuantum mantık kapısı devresine dayanmaktadır ve mantık kapısı hataları birikeceğinden, çok sayıda kuantum dolaşık durum hazırlamak kolay değildir.

Bu yöntem iyi bir ölçeklenebilirlik gösterir. Daha büyük kuantum dolaşık haller yapmaya mı devam etmeliyiz yoksa makale yazmaya mı başlamalıyız? Şimdi yeni bir rekor kırıldı ve dönem sonuna yaklaşıldı, Wang Yuanhao final sınavına hazırlanmak üzere, bu yüzden makaleyi hızlı bir şekilde yazmaya karar verdik. Birkaç muayeneyi bitirdikten sonra, kağıt neredeyse bitmiştir.

Wang Yuanhao, sınava hazırlıktaki boşluktan yararlanmak konusunda hâlâ isteksizdi ve kuantum bulutu üzerinde 14 ve 16 bitlik kuantum dolaşıklıkları hazırlamaya devam etti.Sonuç, 14 ve 16 bitlik kuantum dolaşık durumların da hazırlanabildiğini görmek hoş bir sürpriz oldu. Şimdiye kadar, IBM bulut bilişim sunucusundaki 16 kübitin tamamının tam kuantum dolaşıklığını elde ettik.Bu sadece süper iletken kuantum hesaplama sisteminde yeni bir rekor değil, aynı zamanda iyon tuzağı sistemi tarafından oluşturulan 14 kübit dolanıklığı da kırdı. Foton platformunda kayıt ve 10-foton kuantum dolanma kaydı.

Çok gövdeli kuantum dolaşık durumların hazırlanması, kuantum bulut bilişim sunucusu aracılığıyla kuantum hesaplamayı gerçekleştirmenin yalnızca ilk adımı olsa da, daha önce yapılamayan deneyler yapabilir ve kuantum dolaşık durumunu iyon tuzakları ve fotonlar gibi diğer sistemlerden daha iyi hale getirebiliriz. Çok cisimci kuantum, daha fazla bit ile dolaşık haller

IBM'in kuantum bulut bilişim sunucusu IBM Q. Resim kaynağı: quantumexperience.ng.bluemix.net

Son zamanlarda IBM, 20 bitlik bir süper iletken kübit bulut hizmeti yayınladı, 50 bitlik bir süper iletken kuantum çipi duyurdu ve 16 bit hizmeti tam olarak açıkladı. Kuantum bulut bilişim sunucu platformunda, insanlar bazı temel kuantum bilgilerini ve kuantum fiziği teorilerini daha rahat bir şekilde doğrulayabilir. Bu, bu platformda keşfetmeye değer daha ilginç sorular olacağı anlamına geliyor. Yeni ve ilginç keşifler yapmayı dört gözle bekliyoruz.

Yazarın kartvizit