IBM แสดงการตรวจจับข้อผิดพลาดแบบเต็มครั้งแรกสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

IBM แสดงการตรวจจับข้อผิดพลาดแบบเต็มครั้งแรกสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม

jumbo jili

คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องเอาชนะความท้าทายในการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัมก่อนจึงจะสามารถตอบสนองคำมั่นสัญญาที่จะ กลั่นกรองวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้หลายล้านรายการได้เร็วกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปมาก

สล็อต

“ด้วยเครือข่ายสี่บิตล่าสุดของเรา เราได้สร้างระบบที่ช่วยให้เราตรวจจับข้อผิดพลาดควอนตัมทั้งสองประเภทได้” Jerry Chow ผู้จัดการฝ่ายทดลองคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ Thomas J. Watson Research Center ของ IBM ในยอร์กทาวน์ไฮทส์ รัฐนิวยอร์ก โจวกล่าว ใครพร้อมกับเพื่อนร่วมงาน IBM เขา มีรายละเอียดการทดลองของพวกเขาในวันที่ 29 ฉบับเดือนเมษายนของวารสาร การสื่อสารธรรมชาติ,กล่าวว่า“นี่คือการสาธิตแรกของระบบที่มีความสามารถในการตรวจสอบข้อผิดพลาดทั้งบิตพลิกและข้อผิดพลาดเฟส” ที่มีอยู่ใน ระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม
ระบบ IBM ประกอบด้วยสี่ควอนตัมบิตหรือ qubits จัดเรียงในรูปแบบ 2 ต่อ 2 บนชิปที่มีขนาดประมาณ 1.6 ตารางเซนติเมตร (0.25 ตารางนิ้ว) แต่ละ qubit นั้นเทียบเท่ากับข้อมูลเล็กน้อยในการคำนวณแบบคลาสสิกสามารถแสดงค่าได้ทั้ง 1 หรือ 0 เช่นเดียวกับบิตคลาสสิก qubits สามารถพบ “ข้อผิดพลาดในการพลิกบิต” ที่เปลี่ยนค่าไปรอบ ๆ แต่ qubits ก็เสี่ยงต่อข้อผิดพลาดประเภทอื่นที่เรียกว่า “ข้อผิดพลาดของเฟส” เพราะพวกเขาใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ฟิสิกส์ควอนตัมที่เรียกว่าการทับซ้อน ซึ่งทำให้พวกมันมีอยู่ชั่วคราวเป็นทั้ง 1 และ 0 พร้อมกัน ข้อผิดพลาดของเฟสสามารถเปลี่ยนการซ้อน “เครื่องหมาย” ของความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างค่า 0 และ 1
การตรวจจับข้อผิดพลาดของควอนตัมเป็นอะไรที่ตรงไปตรงมา คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกสามารถตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด bit-flip โดยเพียงแค่คัดลอกบิตเดียวกันหลายๆ ครั้ง และรับค่าที่ถูกต้องจากบิตที่ปราศจากข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ โดยการเปรียบเทียบ ความเปราะบางของสถานะควอนตัมใน qubits หมายความว่าการพยายามคัดลอกโดยตรงอาจส่งผลตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนสถานะควอนตัม
นักวิจัยสามารถแก้ไขปัญหานั้นได้โดยอาศัยการพัวพัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ฟิสิกส์ควอนตัมที่ช่วยให้คิวบิตสามารถแบ่งปันสถานะควอนตัมกับคิวบิตอื่นๆ ผ่านการเชื่อมต่อควอนตัมได้ ในกรณีนี้ IBM ได้สร้างสถาปัตยกรรมกริดสี่บิตเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อมูลที่แบ่งปันระหว่างคิวบิตที่อยู่ใกล้เคียงกัน สอง qubits เป็น “data” qubits หลัก อีกสองมีอยู่เป็น “การวัด” qubits หนึ่งใน qubits การวัดสามารถตรวจจับข้อผิดพลาด bit-flip ใน qubit ข้อมูลที่อยู่ใกล้เคียง คิวบิตการวัดอื่นๆ จะตรวจจับข้อผิดพลาดของเฟสในคิวบิตข้อมูล
แม้ว่าระบบสี่บิตของ IBM จะตรวจพบข้อผิดพลาดควอนตัมทั้งสองประเภทได้สำเร็จ แต่ก็ยังไม่สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้ ทีมงานของ Google ที่มีนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บาร่าก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นถึงการแก้ไขข้อผิดพลาดครั้งแรกสำหรับควอนตัมคอมพิวเตอร์ใน 4 มีนาคม 2015 ปัญหาของวารสารธรรมชาติ Google สร้างสถาปัตยกรรมที่ประกอบด้วยอาร์เรย์เชิงเส้น 9 คิวบิต ซึ่งใช้ทั้งข้อมูลและคิวบิตการวัดเพื่อตรวจหาข้อผิดพลาด สถาปัตยกรรมดังกล่าวรองรับการแก้ไขข้อผิดพลาด “รหัสพื้นผิว” โดยใช้การคำนวณแบบคลาสสิกเพื่อช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม
ถึงกระนั้น การจัดเรียง qubits ของ Google ในบรรทัดเดียวก็มีข้อเสียของตัวเอง: ระบบไม่สามารถตรวจจับข้อผิดพลาดทั้ง bit-flip และ phase ได้พร้อมกัน การจัดเรียงกริด 2 มิติของไอบีเอ็มสี่คิวบิตได้แสดงให้เห็นว่าสามารถตรวจจับข้อผิดพลาดควอนตัมทั้งสองประเภทได้อย่างไร นักวิจัยของ Google ได้แสดงความทะเยอทะยานที่คล้ายกันในการสร้างอาร์เรย์ 2-D ของ qubits จำนวนมากที่จัดเรียงในรูปแบบกระดานหมากรุก เพื่อให้สามารถจัดการกับข้อผิดพลาดของควอนตัมทั้งสองประเภทได้
ทั้งไอบีเอ็มและ Google ได้สร้างควอนตัมของพวกเขาสถาปัตยกรรมการคำนวณขึ้นอยู่กับ ยิ่งยวดวงจรควอนตัม สถาปัตยกรรมเหล่านี้เป็นตัวแทนของคิวบิตเป็น ทางแยกของโจเซฟสัน — ตัวนำยิ่งยวดสองชั้นคั่นด้วยชั้นฉนวนบางๆ qubits ตัวนำยิ่งยวดอาจมีความได้เปรียบเหนือสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมของคู่แข่งเพราะสามารถผลิตได้โดยใช้เครื่องมือที่มีอยู่จำนวนมากที่ใช้ในการสร้างคอมพิวเตอร์คลาสสิก ซึ่งจะทำให้ง่ายต่อการขยายระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ที่มีคิวบิตจำนวนมาก
Chow และเพื่อนร่วมงานของ IBMได้เริ่มทดลองกับอาร์เรย์แปดบิตแล้ว ในที่สุดพวกเขาก็หวังว่าจะสร้างอาร์เรย์ที่มี 13 ถึง 17 qubits ที่ด้านข้าง ซึ่งจะใหญ่พอที่จะเข้ารหัส qubit ตรรกะเดียวที่จะป้องกันข้อผิดพลาด
สำหรับตอนนี้ ทั้ง IBM และ Google ดูมั่นใจว่าสถาปัตยกรรม qubit ที่มีตัวนำยิ่งยวดสามารถปรับขนาดได้ดีในอนาคต ความพยายามในการตรวจหาข้อผิดพลาดและการแก้ไขข้อผิดพลาดกำลังปูทางสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ที่สามารถเอาชนะคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกในการแก้ปัญหาบางอย่างและทำได้อย่างน่าเชื่อถือ
ความก้าวหน้าดังกล่าวดูเหมือนจะทันเวลาเมื่อเราเฉลิมฉลองการครบรอบ 50 ปีของกฎของมัวร์ ซึ่งคาดการณ์ว่าส่วนประกอบวงจรจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกปีซึ่งสามารถบรรจุลงในวงจรรวมของคอมพิวเตอร์คลาสสิกได้ วันครบรอบนี้ได้เปิดโอกาสให้มีการคาดเดามากมายเกี่ยวกับเวลาที่กฎของมัวร์อาจสิ้นสุด (ดู รายงานพิเศษIEEE Spectrum เกี่ยวกับการครบรอบ 50 ปีของกฎของมัวร์ )
“ความสนใจอย่างมากในการคำนวณควอนตัมมาจากการเห็นจุดสิ้นสุดของอุโมงค์ด้วยกฎของมัวร์” โจวกล่าว “ตอนนี้เรากำลังเห็นศักยภาพที่อยู่เหนือสิ่งอื่นใด”

สล็อตออนไลน์

หากต้องใช้เวลาหนึ่งปีหรือมากกว่านั้นก่อนที่ทีมงานจะสามารถบอก AIMS ได้ว่าบางส่วนของแนวปะการังเสื่อมโทรมลงอย่างรวดเร็ว มันอาจจะสายเกินไปที่จะรักษามันไว้
“การถ่ายภาพด้วยคลื่นความถี่สูงช่วยเพิ่มความสามารถในการตรวจสอบสภาพของแนวปะการังโดยพิจารณาจากคุณสมบัติของสเปกตรัม” กอนซาเลซกล่าว “นั่นเป็นเพราะว่าแต่ละองค์ประกอบประกอบขึ้นเป็นสภาพแวดล้อมของแนวปะการัง—น้ำ, ทราย, สาหร่าย ฯลฯ—มีสเปกตรัมของมันเอง เช่นเดียวกับปะการังฟอกขาวและไม่ได้ฟอก”
แต่การขยายความครอบคลุมของแนวปะการังและความสมบูรณ์ของข้อมูลที่รวบรวมได้ทำให้ทีมมีความท้าทายใหม่ ในขณะที่นักดำน้ำ AIMS สามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับจุดที่แตกต่างกัน 40 จุดบนแนวปะการังในช่วงใต้น้ำ แต่ภาพไฮเปอร์สเปกตรัมเพียงภาพเดียวจะแสดงจุดข้อมูลมากกว่า 4,000 จุด ดังนั้น การบินโดรนเพียงครั้งเดียวสามารถรวบรวมข้อมูลดิบได้หลายพันกิกะไบต์ซึ่งต้องได้รับการประมวลผลและวิเคราะห์
ในการประมวลผลข้อมูลในขั้นต้น ทีมงานใช้พีซี เครื่องมือซอฟต์แวร์แบบกำหนดเอง และคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงของ QUT ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลาหลายสัปดาห์และใช้ระยะเวลาทำงานของเครื่องอย่างมาก
ดังนั้นทีมจึงสมัครและได้รับMicrosoft AI for Earthซึ่งทำให้เครื่องมือซอฟต์แวร์ บริการการประมวลผลแบบคลาวด์ และทรัพยากรการเรียนรู้เชิงลึกของ AI พร้อมใช้งาน สำหรับนักวิจัยที่ทำงานเกี่ยวกับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมทั่วโลก
“ตอนนี้เราสามารถใช้เครื่องมือ AI ของ Microsoft ในระบบคลาวด์เพื่อเสริมเครื่องมือของเราเองและติดป้ายกำกับสเปกตรัมต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว” กอนซาเลซกล่าว “ดังนั้น ในที่ที่การประมวลผลโดรนกวาดพื้นก่อนหน้านี้ใช้เวลาสามหรือสี่สัปดาห์ ขึ้นอยู่กับข้อมูล ตอนนี้ใช้เวลาสองหรือสามวัน”
การเร่งความเร็วในการประมวลผลข้อมูลเป็นสิ่งสำคัญ หากต้องใช้เวลาหนึ่งปีหรือมากกว่านั้นก่อนที่ทีมงานจะสามารถบอก AIMS ได้ว่าบางส่วนของแนวปะการังเสื่อมโทรมลงอย่างรวดเร็ว มันอาจจะสายเกินไปที่จะรักษามันไว้
“และหากได้รับแจ้งแต่เนิ่นๆ รัฐบาลก็สามารถดำเนินการได้เร็วขึ้นเพื่อปกป้องพื้นที่ใกล้สูญพันธุ์ของแนวปะการัง” กอนซาเลซกล่าวเสริม
เขาตั้งข้อสังเกตว่าการใช้การถ่ายภาพไฮเปอร์สเปกตรัมในปัจจุบันเป็นพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นของการรับรู้ทางไกลในสาขาต่างๆ รวมถึงการเกษตร การสำรวจแร่ การทำแผนที่ และที่ตั้งของแหล่งน้ำ
ตัวอย่างเช่น เขาและเพื่อนร่วมงานที่ QUT ก็ใช้เทคโนโลยีนี้ในการตรวจสอบป่าไม้ พืชผลข้าวสาลี และไร่องุ่นที่อาจได้รับผลกระทบจากเชื้อโรค เชื้อรา หรือเพลี้ยอ่อน
ในขณะเดียวกัน ในอีกสองเดือนข้างหน้า กอนซาเลซจะยังคงประมวลผลข้อมูลสเปกตรัมที่รวบรวมจากแนวปะการังจนถึงตอนนี้ และในเดือนกันยายน เขาก็จะเริ่มบินโดรนรอบที่สอง
“เราตั้งเป้าที่จะกลับไปที่แนวปะการังทั้งสี่ที่ AIMS ได้ทำการศึกษาแล้วเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงใดๆ” เขากล่าว “จากนั้นขยายการตรวจสอบไปยังแนวปะการังใหม่”
Spintronics — ซึ่งการหมุนของอิเล็กตรอนถูกใช้เพื่อเข้ารหัสข้อมูลมากกว่าการชาร์จ—เป็นเทคโนโลยีพื้นฐานสำหรับหัวอ่านในฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ของเรา และเป็นจุดสนใจของการวิจัยอย่างกว้างขวางในการสร้างอุปกรณ์ลอจิกตามการหมุนของอิเล็กตรอน ที่อาจนำไปสู่การคำนวณควอนตัม
ในขณะที่มีการวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้ซึ่งใช้สนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนวิธีเด่นในการอ่านการหมุนของอิเล็กตรอนคือการใช้สนามแม่เหล็กที่มีพลังมหาศาล
ตอนนี้นักวิจัยที่ศูนย์ลอนดอนนาโนเทคโนโลยี (LCN) ได้ใส่กันทั้งสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าและได้แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ที่จะอ่านสปินของอิเล็กตรอนด้วยเลเซอร์
ในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Materialsทีมงาน LCN สามารถปรับเทคนิคที่เรียกว่า “อุโมงค์แบบขึ้นกับสปิน” โดยใช้เลเซอร์ (แทนที่จะเป็นแม่เหล็กที่มีอุณหภูมิต่ำมาก) เพื่อดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม

jumboslot

เทคนิคการเจาะอุโมงค์ขึ้นอยู่กับการเติมซิลิคอนเวเฟอร์กับอะตอมของฟอสฟอรัส ฟอสฟอรัสสร้างอิเลคตรอนพิเศษในแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งทำให้สามารถแยกแยะและอ่านการหมุนของมันโดยใช้แม่เหล็ก หรือตอนนี้ตามที่ทีม LCN ได้แสดงให้เห็น เลเซอร์
นักวิจัยค้นพบว่า LCN ส่องแสงเลเซอร์บนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนที่มีสิ่งสกปรกฟอสฟอรัสสร้างสิ่งที่เรียกว่า“ excitons ผูกพัน ” ซึ่งมีพื้นอิเล็กตรอนมีพลังงานผูกไว้กับหลุมประจุบวกว่ารูปแบบเมื่อฮิตแสงเซมิคอนดักเตอร์ ในกรณีนี้ สาร exciton ที่ถูกผูกมัดจะยังคงอยู่ที่จุดปนเปื้อนของฟอสฟอรัส และเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมกัน พวกมันจะปล่อยพลังงานมากพอที่จะผลักอิเล็กตรอนส่วนเกินออกจากอะตอมของฟอสฟอรัส
แม้ว่าการขับอิเล็กตรอนส่วนเกินในตัวเองจะไม่เพียงพอที่จะวัดการหมุนของอิเล็กตรอน แต่ก็สร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุการหมุนของอิเล็กตรอนได้
“เทคนิคของเราอาศัยพลังงานที่แตกต่างกันเล็กน้อยที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนที่มีการหมุนต่างกัน” Cheuk Lo หัวหน้าผู้เขียนกล่าวหากการศึกษาดังกล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ “ด้วยการปรับความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์อย่างละเอียดเพื่อให้ได้รับพลังงานในปริมาณที่เหมาะสม เราสามารถเลือกดึงอิเล็กตรอน ‘ขึ้น’ หรือ ‘ลง’ ออกจากสิ่งสกปรกได้ โดยการตรวจจับว่ามีการผลิตกระแสไฟฟ้าหรือไม่เมื่อมีการฉายแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันในการทดลอง เราสามารถระบุได้ว่าการหมุนของอิเล็กตรอนเป็นอย่างไร”
เนื่องจากเทคนิคนี้ทำให้สามารถอ่านการหมุนของอิเล็กตรอนโดยไม่มีสนามแม่เหล็กได้ การหมุนจึงสามารถวัดได้ในสภาพแวดล้อมที่อาจก่อให้เกิดปัญหากับสนามแม่เหล็ก
หมากรุกเป็นเกมที่ซับซ้อน เป็นเกมที่ใช้กลยุทธ์ระหว่างคู่ต่อสู้สองคน แต่ไม่มีข้อมูลที่ซ่อนอยู่และการเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ผู้เล่นทั้งสองรู้ตั้งแต่เริ่มแรก ในแต่ละเทิร์น ผู้เล่นจะสื่อสารถึงเจตนาและพยายามคาดการณ์การตอบโต้ที่เป็นไปได้ ความสามารถในการจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวหลายอย่างล่วงหน้าเป็นสูตรแห่งชัยชนะ และเป็นสิ่งที่นักคณิตศาสตร์และนักตรรกวิทยาพบว่าน่าสนใจมานานแล้ว
แม้จะมีเครื่องเล่นหมากรุกแบบกลไกในยุคแรกๆ บ้าง—และอย่างน้อยก็หนึ่งกลลวงในการเล่นหมากรุก—การเล่นหมากรุกแบบใช้เครื่องจักรยังคงเป็นเรื่องสมมุติ จนกระทั่งมีการประมวลผลแบบดิจิทัล ในขณะที่ทำงานในระดับปริญญาเอกของเขา ในช่วงต้นปี 1940 คอมพิวเตอร์บุกเบิกเยอรมัน Konrad Zuseใช้หมากรุกคอมพิวเตอร์เป็นตัวอย่างสำหรับการเขียนโปรแกรมภาษาระดับสูงเขาได้รับการพัฒนาที่เรียกว่าPlankalkül อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสงครามโลกครั้งที่ 2 งานของเขาจึงไม่ได้รับการตีพิมพ์จนถึงปี 1972 ด้วยผลงานของ Zuse ที่วิศวกรในสหราชอาณาจักรและสหรัฐอเมริกาไม่เป็นที่รู้จัก Norbert Wiener, Alan Turing และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Claude Shannon (กับบทความปี 1950 เรื่อง “ Programming a Computer for” การเล่นหมากรุก ” [PDF]) ปูทางให้คิดเกี่ยวกับหมากรุกคอมพิวเตอร์
ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 นักวิจัยของ Bell Telephone Laboratories Ken ThompsonและJoe Condon ได้พัฒนา Belle ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่เล่นหมากรุก Thompson เป็นผู้ร่วมสร้างระบบปฏิบัติการ Unixและเขาก็เป็นคนรักหมากรุกด้วย เขาเติบโตขึ้นมาในยุคของBobby Fischerและในวัยเด็กเขาเล่นในการแข่งขันหมากรุก เขาร่วมงานกับ Bell Labs ในปี 2509 หลังจากสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

slot

Joe Condon เป็นนักฟิสิกส์โดยการฝึกอบรมซึ่งทำงานในแผนกโลหะวิทยาที่ Bell Labs งานวิจัยของเขามีส่วนทำให้เกิดความเข้าใจในโครงสร้างวงดนตรีอิเล็กทรอนิกส์ของโลหะ และความสนใจของเขาพัฒนาไปพร้อมกับคอมพิวเตอร์ดิจิทัลที่เพิ่มขึ้น Thompson ได้รู้จัก Condon เมื่อเขาและDennis Ritchieผู้ร่วมงาน Unix ของเขาเริ่มทำงานร่วมกันในเกมที่ชื่อว่าSpace Travelโดยใช้มินิคอมพิวเตอร์ PDP-7 ที่อยู่ภายใต้การควบคุมของ Condon Thompson และ Condon ได้ร่วมมือกันในโครงการต่างๆ มากมาย รวมถึงส่งเสริมการใช้ C เป็นภาษาสำหรับระบบสวิตชิ่งของ AT&T

This entry was posted in Slot and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.