Talento

Um ponto no tempo: como um físico quântico inventou um novo código com truques antigos
O Dr. Benjamin Brown, da Escola de Física, desenvolveu um tipo de código de correção de erros para computadores quânticos que liberará mais hardware para fazer cálculos úteis.
Por University of Sydney - 22/05/2020


O Dr. Benjamin Brown é Pesquisador do Instituto Nano da Universidade de Sydney e
da Escola de Física. Crédito: University of Sydney

Um cientista da Universidade de Sydney alcançou o que um especialista da indústria quântica descreveu como "algo que muitos pesquisadores pensavam ser impossível".

O Dr. Benjamin Brown, da Escola de Física, desenvolveu um tipo de código de correção de erros para computadores quânticos que liberará mais hardware para fazer cálculos úteis. Ele também fornece uma abordagem que permitirá que empresas como Google e IBM projetem melhores microchips quânticos.

Ele fez isso aplicando código já conhecido que opera em três dimensões a uma estrutura bidimensional.

"O truque é usar o tempo como terceira dimensão. Estou usando duas dimensões físicas e adicionando tempo como terceira dimensão", disse Brown. "Isso abre possibilidades que não tínhamos antes."

"Identificar os erros mais comuns é outra maneira de liberar mais poder de processamento para cálculos úteis",

Dr. Benjamin Brown

Sua pesquisa foi publicada hoje na Science Advances .

"É um pouco como tricô", disse ele. "Cada linha é como uma linha unidimensional. Você tricota linha após linha de lã e, com o tempo, isso produz um painel bidimensional de material".

Computadores quânticos tolerantes a falhas

Reduzir erros na computação quântica é um dos maiores desafios enfrentados pelos cientistas antes que eles possam construir máquinas grandes o suficiente para resolver problemas úteis.

"Como a informação quântica é tão frágil, ela produz muitos erros", disse Brown, pesquisador do Instituto Nano da Universidade de Sydney.

A erradicação completa desses erros é impossível, portanto, o objetivo é desenvolver uma arquitetura "tolerante a falhas", em que as operações úteis de processamento superem em muito as operações de correção de erros.

"Seu telefone celular ou laptop executará bilhões de operações ao longo de muitos anos antes que um único erro inicie uma tela em branco ou outro defeito. As operações quânticas atuais têm a sorte de ter menos de um erro a cada 20 operações - e isso significa milhões de erros. hora ", disse o Dr. Brown, que também ocupa uma posição no Centro de Excelência da ARC para sistemas quânticos projetados.

"São muitos pontos caídos."

A maioria dos componentes dos atuais computadores quânticos experimentais - bits ou qubits quânticos - são absorvidos pela "sobrecarga" da correção de erros .

"Minha abordagem para suprimir erros é usar um código que opere na superfície da arquitetura em duas dimensões. O efeito disso é liberar grande parte do hardware da correção de erros e permitir que ele continue com as coisas úteis, "Dr. Brown disse.
 
Naomi Nickerson é diretora de arquitetura quântica da PsiQuantum em Palo Alto, Califórnia, e não está ligada à pesquisa. Ela disse: "Este resultado estabelece uma nova opção para a execução de portões tolerantes a falhas, que tem o potencial de reduzir bastante a sobrecarga e aproximar a computação quântica prática".

Caminho para a computação universal

Empresas iniciantes como a PsiQuantum, assim como as grandes empresas de tecnologia Google, IBM e Microsoft, estão liderando a tarefa de desenvolver tecnologia quântica em larga escala. É urgentemente necessário encontrar códigos de correção de erros que permitam que suas máquinas aumentem de escala.

O Dr. Michael Beverland, pesquisador sênior da Microsoft Quantum e também desconectado da pesquisa, disse: "Este artigo explora uma abordagem excitante e exótica para realizar computação quântica tolerante a falhas, apontando o caminho para alcançar potencialmente a computação quântica universal em duas dimensões espaciais. sem a necessidade de destilação, algo que muitos pesquisadores pensavam ser impossível ".

Os códigos bidimensionais existentes atualmente exigem o que o Dr. Beverland chama de destilação, mais precisamente conhecida como 'destilação em estado mágico'. É aqui que o processador quântico classifica os vários cálculos e extrai os úteis.

Isso consome muito hardware de computação, suprimindo os erros.

"Eu apliquei o poder do código tridimensional e o adaptei à estrutura bidimensional", disse o Dr. Brown.

Dr. Brown esteve ocupado este ano. Em março, ele publicou um artigo nas principais revistas de física Physical Review Letters com colegas da EQUS e da Universidade de Sydney. Nessa pesquisa, ele e seus colegas desenvolveram um decodificador que identifica e corrige mais erros do que nunca, alcançando um recorde mundial em correção de erros .

"Identificar os erros mais comuns é outra maneira de liberar mais poder de processamento para cálculos úteis", disse o Dr. Brown.

O professor Stephen Bartlett é co-autor desse artigo e lidera o grupo de pesquisa em teoria quântica da informação da Universidade de Sydney.

"Nosso grupo em Sydney está muito focado em descobrir como podemos aumentar os efeitos quânticos para que eles possam alimentar dispositivos de grande escala", disse o professor Bartlett, que também é decano associado de pesquisa na Faculdade de Ciências.

"O trabalho do Dr. Brown mostrou como fazer isso em um chip quântico. Esse tipo de progresso nos permitirá passar de um pequeno número de qubits a um número muito grande e construir computadores quânticos ultra poderosos que resolverão os grandes problemas de amanhã. "

 

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