Kvantinė klaidų korekcija

Kvantinė klaidų korekcija (angl. Quantum error correction) skirta kvantinės informacijos apsaugai nuo klaidų kvantiniuose skaičiavimuose. Klaidos atsiranda dėl dekoherencijos ir kitų trikdžių. Kvantinė klaidų korekcija yra esminė, jei norima pasiekti tikslaus kvantinio skaičiavimo, kuriam trukdo ne tik trikdžiai saugojamoje kvantinėje informacijoje, bet taip pat klaidos kvantiniuose vartuose, kvantiniame pasiruošime ir matavimuose.

Klasikinė klaidų korekcija naudojama su pertekliumi: informacija saugojama kelis kartus ir jei vėliau randamos nesutampančios kopijos, išrenkamos tinkamiausios. Pavyzdžiui, jeigu bitas buvo nukopijuotas tris kartus, bet vienas iš jų yra 0, o du – 1, tikėtina, kad teisinga būsena yra trys vienetai ir tai yra viena klaida. Jeigu pradinė būsena buvo tris nuliai, o tapo du vienetai ir vienas nulis, tada įvyko klaida. Nors kvantinės informacijos kopijavimas nėra įmanomas dėl negalimo klonavimo teoremos, vieno kubito informacija gali paplisti keliuose (fizikiniuose) kubituose naudojant kvantinių klaidų korekcijos kodą. Tokia užšifruota kvantinė informacija yra apsaugota, kaip ir klasikiniame klaidų korekcijos kode, nuo klaidų ribota forma.

Kaip ir klasikiniame klaidų korekcijos kode, matavimo sindromas nustato, kuris kubitas yra sugadintas (jei toks yra). Iš matavimo operacijos sužinoma ne tik kuris fizikinis kubitas yra sugadintas (klaidingas), bet taip pat kokiais galimais būdais jis toks tapo. Kai triukšmas (trikdžiai) yra savavališkas, kaip triukšmo efektas gali būti viena iš kelių skirtingų sugadinimo galimybių? Daugumoje kodų, defektas yra arba bito peršokimas arba ženklas (fazės) peršokimo, arba abu kartu.

Sindromo išmatavimas pasako mums apie klaidą tiek daug, kiek tik įmanoma, bet visiškai nieko apie tai, kas yra saugoma loginiame kubite, kitaip tariant išmatavimas sunaikina bet kokią kvantinę superpoziciją šio loginio kubito kartu su kitais kubitais kvantiniame kompiuteryje.

Modeliai

Tyrinėtojai nustatė keletą kodų:

  • Piterio Šoro 9 kubitų kodas, užkoduojantis vieną loginį kubitą ir 9 fizikinius kubitus ir galintis taisyti savavališkas klaidas viename kubite.
  • Andriu Stino (ang. Andrew Steane) surastas kodas, kuris daro tą patį su 7 kubitais vietoj 9.
  • Taip pat yra CSS kodai, pavadinti pagal jų atradėjus: A. R. Kaldenbarką (ang. A. R. Calderbank), Piterį Šorą ir Andrių Stiną. Pagal kvantinius dėsningumus, vieno loginio kubito užkodavimui ir savavališkai klaidų korekcijai viename kubite reikia minimaliai 5 fizinių kubitų.

Dėl klaidų korekcijos atimamų resursų ir reikia kvantinio kompiuterio, turinčio ~1000 kubitų, o jei viskas būtų idealu, užtektų 300 ir mažiau kubitų.

Kvantinė klaidų korekcija praktikoje

D-wave teiga, kad jų kvantiniam kompiuteriui Orion nereikalinga klaidų korekcija, nes maži iškraipymai nekenkia ir taip duodamam apytiksliam (tikimybiniam) rezultatui, bet jeigu kvantinės klaidų korekcijos pritaikymas duos naudos, ji bus pritaikyta daugiau kubitų turinčiuose modeliuose.

Nuorodos