OQ-4 · C1 · Технология
Логикалық кубитке неге көп физикалық кубит керек?
Кванттық ақпарат бір әлсіз кубитте сақталса, шу оны тез бұзады. Қате түзету ақпаратты бірнеше физикалық кубитке кодтап, логикалық күйді тікелей өлшемей синдром жинайды, бірақ сенімділіктің бағасы қосымша кубит, қайталанатын өлшеу және декодтау уақыты болады.
Мәтін
Физикалық кубит атом, ион, фотон немесе аса өткізгіш тізбек сияқты нақты жүйеде жасалады. Оның кванттық күйіне температура ауытқуы, электр не магнит өрісі, басқару импульсінің дәл еместігі және қоршаған ортамен байланыс әсер етеді. Қате күйдің 0 мен 1 арасындағы мәнін өзгертуі немесе олардың салыстырмалы фазасын бұзуы мүмкін. Ұзақ есепте операция көбейген сайын қате мүмкіндігі де жиналады. Сондықтан алгоритмдегі бір мінсіз кубитті құрылғыдағы бір физикалық кубитпен теңестіру дұрыс емес.
Классикалық битті көшіріп, бірнеше көшірменің көпшілік мәнін алуға болады. Белгісіз кванттық күйді дәл көшіруге болмайды, ал оны тікелей өлшеу суперпозиция туралы ақпаратты бұзады. Кванттық қате түзету басқа жолды қолданады: бір есептік күй бірнеше физикалық кубиттің өзара байланысқан күйіне кодталады. Осы қорғалған бірлік логикалық кубит деп аталады. Ақпарат жеке кубитте емес, олардың ортақ байланысында сақталғандықтан, бір жердегі ақау бүкіл логикалық күйді бірден жоймауы мүмкін.
Жүйе қатені табу үшін қорғалған жауаптың өзін оқымайды. Көмекші кубиттер дерек кубиттері арасындағы жұптық қатынас сияқты тексерулерге қатысады. Оларды өлшегенде синдром деп аталатын белгілер жиыны шығады. Синдром логикалық күйдің 0 не 1 екенін ашпай, қай жерде қандай қате болуы ықтимал екенін көрсетеді. Классикалық декодер бірнеше өлшеу айналымындағы синдром үлгісінен ең ықтимал қате тізбегін есептейді. Содан кейін жүйе түзету амалын қолданады немесе қатені кейінгі есепте ескеріп отырады.
Кодтың қашықтығы оның қанша физикалық қатеге төтеп бере алатынымен байланысты. Мысалы, беткі кодта кубиттер торға орналасып, тұрақтандырғыш тексерулер қайта-қайта өлшенеді. Егер әр физикалық операцияның қате деңгейі белгілі бір шектен төмен болса, код қашықтығын өсіру логикалық қатені азайта алады. Бұл шек теоремасының практикалық мағынасына жақын. Бірақ қашықтық өскен сайын бір логикалық кубитке қажет физикалық кубит саны, өлшеу айналымы және классикалық өңдеу көлемі де артады.
Қате түзету өзі қатесіз үдеріс емес. Көмекші кубит, қақпа және өлшеу де жаңылуы мүмкін, сондықтан синдром бір рет емес, бірнеше айналым бойы жиналады. Декодер шу түрі туралы жорамалға сүйенеді; кеңістікте немесе уақытта өзара байланысты қателер сол жорамалға сәйкес келмесе, нәтиже нашарлайды. Кей логикалық амалдар тікелей орындалмай, қосымша дәл күйлерді дайындауды қажет етеді. Демек жалпы шығын тек кубит санымен өлшенбейді: уақыт, басқару электроникасы, декодер жылдамдығы және алгоритм тереңдігі де маңызды.
Сондықтан құрылғыдағы мың физикалық кубит мың дайын логикалық кубит деген сөз емес. Қанша логикалық кубит шығатыны физикалық қате деңгейіне, таңдалған кодқа, қажетті логикалық сенімділікке және орындалатын есепке тәуелді. Қате түзету әлсіз бөлшектерді сиқырлы түрде мінсіз етпейді; ол қатені үздіксіз байқап, ақпаратты код ішінде сақтайтын инженерлік жүйе құрады. Кванттық компьютерлерді салыстырғанда физикалық кубит санымен бірге логикалық қате деңгейін, код шығынын және орындалған логикалық операцияны қарау сондықтан маңызды.
Тапсырмалар
Жауаптарды интерактивті нұсқада орындаңыз. Бұл бет тапсырманың мазмұнын алдын ала көруге мүмкіндік береді.
- Сенімділіктің бағасыМәтіннің негізгі ойын ең дәл беретін тұжырымды таңда.
- Қате түзету айналымыКезеңдерді 2 және 3-абзацтағы ретпен қой.
- Ұғымдардың қызметіӘр ұғымды мәтіндегі қызметімен сәйкестендір.
- Шарт және салдарӘр шартты мәтін қолдайтын салдармен сәйкестендір.
- Мәтіндегі бір сөзБос орынды мәтіндегі БІР СӨЗБЕН толтыр.
- Дұрыс, бұрыс, мәтінде айтылмағанӘр тұжырымды тек көрсетілген абзацтар бойынша бағала.
Мәтін сөздігі
- физикалық кубитКванттық күй нақты атом, ион, фотон немесе электр тізбегінде іске асатын аппараттық бірлік.
- логикалық кубитБірнеше физикалық кубиттің ортақ күйіне кодталған қорғалған есептік бірлік.
- синдромЛогикалық мәнді ашпай, ықтимал қатенің орны мен түрі туралы ақпарат беретін өлшеу белгілері.
- декодерСиндром үлгісінен ең ықтимал физикалық қате тізбегін есептейтін классикалық алгоритм.
- код қашықтығыҚате түзету кодының логикалық ақпаратты қорғау күшін сипаттайтын өлшем.
- қате шегіОдан төмен физикалық қате деңгейінде кодты үлкейту логикалық қатені азайта алатын шек.
- ресурстық шығынЛогикалық есепті қорғауға қосымша қажет кубит, уақыт, өлшеу және өңдеу көлемі.
Дереккөздер
- NIST - Quantum Computing ExplainedФизикалық кубиттердің шуға сезімталдығы, қате жиілігі, кванттық аппарат түрлері және пайдалы есепке қажет сенімділік туралы ресми түсіндірме.
- NIST - Theory: Turning noisy quantum information processing into practical quantum computingҚате түзету, ақауға төзімділік, шек теоремасы, декодтау және кубит, шу мен тізбек тереңдігі шығынын оңтайландыру міндеті.
- NIST - Logical qubit illustrationБірнеше әлсіз физикалық кубитті бір логикалық кубитке байланыстыру арқылы қатеден қорғау идеясы және ресми иллюстрация.
- NIST - On the practical cost of Grover for AES key recoveryФизикалық және логикалық кубит айырмасы, синдром өлшеу айналымдары, қате түзету шектері және логикалық амалдардың ресурстық шығыны.