Didelės energijos fizikos metodų taikymas kvantiniams kompiuteriams

Rato formos melionų detektorius yra CERN ATLAS dalelių detektoriaus atnaujinimo dalis. Naujame tyrime naudojama „atsiskleidimo“ technika arba klaidų taisymas, naudojamas dalelių detektoriams spręsti su triukšmu susijusias problemas CERN. Kvantinis skaičiavimas: Julienas Marius Ordanas / CERN

„Atsiskleidimo“ technika, naudojama tobulėti Teisingumas Iš duomenų. Dalelių detektoriai taip pat gali pagerinti kvantinių būsenų nuskaitymą iš kvantinių kompiuterių.

Pasiskolinę puslapį iš didelės energijos fizikos ir astronomijos vadovėlio, JAV energetikos departamento Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos (Berkeley Lab) fizikų ir informatikų komanda sėkmingai modifikavo ir taikė įprastas klaidų mažinimo metodikas. Su šakomis Kvantinis kompiuteris.

Atominių dalelių ir milžiniškų dalelių detektorių, taip pat tolimų galaktikų ir milžiniškų teleskopų pasaulyje mokslininkai išmoko gyventi ir dirbti netikrai. Jie linkę bandyti atitraukti itin retą dalelių sąveiką nuo kitų dalelių sąveikos ir chaotiško fono „garsų“, kurie gali apsunkinti jų medžioklę, arba bandyti filtruoti atmosferos ir dulkių iškraipymo padarinius. Tarpžvaigždiniai, siekiant pagerinti astronomijos vaizdavimo skiriamąją gebą

Be to, dėl būdingų detektoriaus problemų, tokių kaip galimybė įrašyti visą dalelių sąveiką arba tiksliai išmatuoti dalelių energiją, prijungti elektroniniai prietaisai gali neteisingai perskaityti informaciją. Mokslininkai turi sukurti sudėtingus formos filtrus Kompiuterinių algoritmų, kad sumažintumėte klaidas ir gautumėte kuo tikslesnius rezultatus.

Skaičiavimo srityje taip pat paplitusi triukšmo ir fizinių nesklandumų problema bei klaidų taisymo ir klaidų mažinimo algoritmų, kurie sumažina klaidų dažnumą ir sunkumą, poreikis. Patyręs kvantas ir tyrimas, paskelbtas žurnaluose. „NPj Quantum“ informacija Nustatyta, kad atrodo, kad yra ir bendras sprendimas.

Berkeley laboratorijos fizikas Benas Nachmanas dalyvavo dalelių fizikos eksperimentuose CERN Berkeley laboratorija, būdama „Berkeley Lab“ ATLAS grupės narė, matė kvantinį kompiuterio ryšį, dirbdama su dalelių fizikos skaičiavimais su „Berkeley Lab“ teoriniu fiziku Christianu Baueriu, kuris yra ATLAS tyrimo bendraautorius. Vienas iš keturių didelių dalelių detektorių CERN „Large Hadron Collider“, didžiausio ir galingiausio pasaulyje dalelių detektoriaus.

„ATLAS dažnai turime„ atsiskleisti “arba pataisyti detektoriaus efektus, – sakė tyrimo pagrindinis autorius Nachmanas. – Žmonės šią techniką kuria jau daugelį metų.

Eksperimento metu, kai LHC, protonais vadinamos dalelės susiduria maždaug 1 milijardą kartų per sekundę. Norėdami susidoroti su neįtikėtinai užimta „triukšminga“ aplinka ir vidinėmis problemomis, susijusiomis su maitinimo skiriamąja geba ir kitais detektoriais, fizikai naudoja „atsiskleidimo“ techniką, kuri ištaiso klaidas ir save. Kiti filtrai, skirti pašalinti šią dalelę, teikia naudingiausią ir tiksliausią informaciją.

“Mes pripažįstame, kad ir šiandien kvantiniai kompiuteriai yra labai triukšmingi”, – sakė Nachmanas, todėl norint rasti būdą, kaip sumažinti šį triukšmą ir sumažinti klaidas – klaidų mažinimas – buvo pagrindas kuriant kompiuterį. Kvantas: „Klaidos tipas yra susijęs su faktine jūsų atliekama operacija, o vienas – su kvantinio kompiuterio būsenos nuskaitymu“, – pažymi jis. Pirmasis tipas vadinamas vartų klaida. Ir pastaroji vadinama klaida skaitant duomenis.

Didelės energijos kvantinės fizikos skaičiavimas

Šios diagramos rodo ryšį tarp nuoseklių didelės energijos fizikos matavimų, susijusių su dalelių poslinkiu, vadinamais diferencialiniais matavimais (kairėje), ir pakartotinių išvesties matavimų iš kvantinio kompiuterio (dešinėje). Šios paralelės suteikia galimybę taikyti panašią klaidų mažinimo techniką abiejų laukų duomenims. Autoriai: Berkeley Lab; npj Quantum Inf 6, 84 (2020), DOI: 10.1038 / s41534-020-00309-7.

Naujausiame tyrime daugiausia dėmesio skiriama vadinamųjų skaitymo klaidų mažinimo metodikai. „Loop Bay Unfolding“ (IBU), pažįstamas didelės energijos fizikos bendruomenei. Tyrime palyginamas šio požiūrio veiksmingumas su kitomis klaidų taisymo ir klaidų mažinimo metodikomis. IBU metodas naudojamas pagal Bayeso teoremą – matematinį metodą, leidžiantį rasti įvykių tikimybę, kai yra būklė. Kiti, dalyvavę šiame incidente, yra gerai žinomi.

Nachmanas pažymėjo, kad šią metodiką galima pritaikyti klasikinio kompiuterio, vadinamo universalaus vartų tipo kvantiniu kompiuteriu, kvantiniam analogui.

Kvantiniame skaičiavime, kuris remiasi kvantiniais bitais arba išėjimais, kad perduotų trapią būsenos informaciją, vadinamą kvantine superpozicija, sunku išlaikyti ir laikui bėgant ji gali išskaidyti, sukeldama kubitą. Rodoma nulis, o ne viena, tai normalu Skaitymo klaidų pavyzdys

Superpozicija Nurodo, kad kvantinis bitas vienu metu gali atstovauti vieną arba abu nulius. Tai leidžia atlikti specifinius skaičiavimus, kurių neįmanoma atlikti įprastuose kompiuteriuose, kurie remiasi bitais, atstovaujančiais vieną arba nulį. Bet ne abu tuo pačiu metu Kitas kvantinių kompiuterių skaitymo klaidų šaltinis yra tiesiog klaidingas kubito būsenos matavimas dėl kompiuterio architektūros.

Tyrimo metu mokslininkai imitavo kvantinį kompiuterį, kad palygintų trijų skirtingų klaidų taisymo metodų efektyvumą. Jie nustatė, kad IBU metodas buvo efektyvesnis triukšmingoje aplinkoje, linkęs į klaidas ir šiek tiek geresnis už kitus du, kai egzistuoja bendri triukšmo modeliai. Jo veikimas lyginamas su klaidų taisymo metodu, vadinamu „Ignis“, kuris yra atvirojo kodo kvantinės kompiuterio programinės įrangos kūrimo įrankių rinkinio, sukurto IBM kvantiniam kompiuteriui ir jo pagrindiniam modeliui, dalis. Išskleidimo vadinamas matricos inversijos metodas.

Tyrėjai naudojo imituotas kvantinių kompiuterių aplinkas, kad sukurtų daugiau nei 1000 pseudoeksperimentų, ir nustatė, kad IBU metodo rezultatai buvo arčiausiai prognozių. Šiai analizei naudojamas triukšmo modelis buvo matuojamas 20 kubitų kvantiniame kompiuteryje, vadinamame „IBM Q Johannesburg“.

„Mes perėmėme įprastas technologijas iš didelės energijos fizikos ir pritaikėme jas kvantiniams kompiuteriams, ir tai veikė taip, kaip turėtų“, – sakė Nachmanas su stačia mokymosi kreive. Kvantiniai kompiuteriai, norėdami įsitikinti, kad moku tai išversti ir pritaikyti kvantiniame kompiuteryje. “

Jis teigė, kad jam labai pasisekė Berkeley laboratorijoje susitikti su švietimo bendradarbiais, turinčiais žinių apie kvantinius kompiuterius, įskaitant Bertą De Jongą, kuris vadovauja kvantinių algoritmų komandai. Tai „DOE Office“ pažangieji moksliniai tyrimai ir pagreitinti tyrimai, atliekami kvantinių skaičiavimų projektui Berklyje. Laboratorinių skaičiavimų tyrimų skyrius

„Įdomu pamatyti, kiek žinių, sukauptų didelės energijos fizikos bendruomenėje, kad būtų galima kuo geriau išgauti iš triukšmingų eksperimentų, galima naudoti triukšmingiems kvantiniams kompiuteriams. Kaip? “- sakė De Jongas.

Tyrime naudojami imituoti ir tikri kvantiniai kompiuteriai svyravo nuo 5 kubitų iki 20 kubitų, o technika turėtų būti pritaikyta didesnėms sistemoms, sakė Nachmanas, tačiau klaidų taisymo ir klaidų mažinimo būdai. Kad bandomieji tyrėjai reikalautų daugiau apdorojimo išteklių, nes padidės kvantinių kompiuterių dydis, todėl Nachmanas teigė, kad komanda yra sutelkta į tai, kaip padaryti būdą, kaip manipuliuoti kvantiniais kompiuteriais su kubito dydžio masyvais. Didesnis

Nachmanas, Baueris ir de Jongas taip pat dalyvavo ankstesniuose tyrimuose, kuriuose buvo pasiūlytas būdas sumažinti vartų klaidas – kitą pagrindinę kvantinių skaičiavimo klaidų priežastį. Jie mano, kad klaidų taisymas ir galiausiai klaidų mažinimas kvantiniuose kompiuteriuose gali pareikalauti metodų derinio, naudojant technikos derinį.

„Tai jaudinantis laikas“, – sakė Nachmanas, nes kvantinių skaičiavimų sritis vis dar jauna ir yra daugybė spragų naujovėms. „Bent žmonės yra informuoti apie tokio pobūdžio metodus ir yra kur pažangai. Jis pažymėjo, kad kvantiniai kompiuteriai suteikia „postūmį galvoti apie problemas naujais būdais“, pridūrė, „atveria naują mokslinį potencialą“.

Nuoroda: Benjamino Nachmano, Miroslavo Urbaneko, Wibe A. de Jongo ir Christiano W.Bauerio „Kvantinio kompiuterio skaitymo stiprinimas“, 2020 m. Rugsėjo 25 d., Galima rasti čia. „NPj Quantum“ informacija.
DOI: 10.1038 / s41534-020-00309-7

„Oak Ridge Leadership Computing Facility“, „Oak Ridge“ nacionalinės laboratorijos DOE mokslo biuro naudotojų padalinys, suteikia tyrėjams prieigą prie IBM kvantinių skaičiavimo išteklių, įskaitant „IBM Quantum Experience“ ir „Q Hub“ tinklą.

Miroslavas Urbanekas iš „Berkeley Lab“ Kompiuterinių tyrimų skyriaus taip pat dalyvavo tyrime, kurį rėmė JAV DOE mokslo biuras ir Aspeno fizikos centras.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Saulės energijos veiklos nepastovumą galėtų kompensuoti Žemės planetos magnetinis laukas

2015 m. Gegužės mėn. Saulė per penkias dienas suvaidino maždaug tuziną aktyvių zonų. Ryškios spalvos pluoštai, sklindantys iš šių aktyvių regionų, yra dalelės,...

Didžiausias Australijos dinozauras – Pietų Titanas – ką tik buvo įrašytas į rekordą!

Australotitan cooperensis, „Pietų Titanas arba Cooperis“. Autorius: Vladas Konstantinovas, Scottas Hocknullas © Eromangos gamtos istorijos muziejus Kiek aukšta yra krepšinio aikštelė, aukštesnė už b-dublius...

Žmonių nulemta klimato kaita yra tik pusė Antarkties kriliaus paveikslo

Antarkties krilasi, Euphausia superba. Autorius: Uwe Kils / Wikipedia Apskaičiuota, kad šiame amžiuje krilių populiacija buveinių centre Antarktidoje sumažėjo apie 30% dėl plačiai paplitusio...

Kokia tavo pirmoji idėja? Remiantis naujais tyrimais, galėtų prasidėti pustrečio amžiaus

Naujas tyrimas ir dešimtmečių duomenų apžvalga laikrodžio atmintį nustūmė už metų ribų, tačiau tyrimas įrodo, kad visi yra skirtingi. Naujas tyrimas rodo, kad vidutiniškai pirmojo...

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Newsletter

Subscribe to stay updated.