Korekcja błędów kwantowych

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2021.7.4

Warianty tytułu

EN

Quantum error correction

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Urządzenie kwantowe NISQ działa w praktyce bez zaawansowanych metod korekcji błędów kwantowych (QEC). Takiej korekcji nie można wprowadzić sprzętowo ze względu na skromność układu NISQ. Komputer UQC musi koniecznie posiadać złożone warstwy korekcji błędów na poziomach sprzętowym i programistycznym. Bez warstw QEC komputer UQC nie ma możliwości wypełnienia swoich zadań obliczeniowych. Niestety wiele z metod QEC jest silnie redundancyjnych, a więc bardzo kosztownych. Komputer UQC, mimo że dość dobrze znamy jego potencjalne właściwości, jest urządzeniem teoretycznym, w związku z czym badania nad QEC odbywają się w warstwie coraz bardziej zaawansowanych technik symulacyjnych prowadzonych oczywiście w przestrzeni komputingu klasycznego. Pewne, na razie bardzo niewielkie, możliwości eksperymentalne oferuje urządzenie NISQ. Techniki QEC definiuje się najczęściej jako specjalizowane metody stosowane w zaszumionym, rzeczywistym nieidealnym komputingu kwantowym w celu zabezpieczenia informacji kwantowej przed dekoherencją i szumem kwantowym. Równie często QEC jest stosowany do zabezpieczenia informacji w komunikacji kwantowej, gdzie stany kwantowe są transmitowane przez zaszumiony kanał kwantowy. QEC jest częścią szerszego obszaru projektowania systemu kwantowego odpornego na błędy. Inne podejścia do mitygacji błędów w systemach kwantowych zawierają: podprzestrzenie bez dekoherencji, podsystemy bezszumne, dynamiczne odsprzężenie od środowiska termodynamicznego.

EN

The NISQ quantum device works in practice without advanced quantum error correction (QEC) methods. Such a correction cannot be implemented in hardware due to the modesty of the NISQ chip. A UQC computer must necessarily have complex error correction layers at the hardware and software levels. Without QEC layers, the UQC computer cannot fulfil its computational tasks. Unfortunately, many of the QEC methods are highly redundant and therefore very expensive. The UQC computer, although we know its potential properties quite well, is a theoretical device, therefore research on QEC takes place in the layer of more and more advanced simulation techniques conducted, of course, in the space of classical computing. Certain, so far very small, experimental possibilities are offered by the NISQ device. QEC techniques are most often defined as specialized methods used in noisy, real non-ideal quantum computing to protect quantum information against decoherence and quantum noise. Equally often, QEC is used to secure information in quantum communication, where quantum states are transmitted over a noisy quantum channel. QEC is part of the wider design area of an error-tolerant quantum system. Other approaches to error mitigation in quantum systems include: subspaces without decoherence, noiseless subsystems, and dynamic decoupling from the thermodynamic environment.

Słowa kluczowe

PL

komputing kwantowy; technologia NISQ; NISQ; uniwersalny komputer kwantowy; UQC; algorytmy kwantowe; błędy kwantowe; szum kwantowy; korekcja błędów; QECC; QEC

EN

quantum computing; NISQ technology; universal quantum computer; UQC; quantum algorithms; quantum errors; quantum noise; quantum error correction; QECC; QEC

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 62, nr 7
• Strony: 22--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] P. Shor, (1985), Reversible logic and quantum computers, PRA 32(6): 3266-3276
• [2] Quantum Information Portal [quantiki.org]
• [3] Quantum Computing [quantumcomputing.stackexchange.com]
• [4] [quiskit.org] (2020), Learn quantum computation using qiskit, R.5.1. Introduction to quantum error correction
• [5] S.J. Devitt, et al., (2013), Quantum error correction for beginners, arXiv:0905.2794
• [6] A.M. Steane, (2006), A tutorial on quantum error correction, IOS Press Amsterdam
• [7] D. Gottesman, (2009), An introduction to quantum error correction and fault-tolerant quantum computation, arXiv:0904.2557
• [8] T.A. Brun, (2019), Quantum error correction, arXiv:1910.03672
• [9] J. Roffe, (2019), Quantum error correction: An introductory guide, arXiv:1907.11157
• [10] S. Ball, et al., (2020), Quantum error-correcting codes and their geometries, arXiv:2007.05992
• [11] I. Georgescu, (2020), 25 years of quantum error correction, Nature Reviews Physics 2(519)
• [12] P.W. Shor, (1996), Fault-tolerant quantum computation, arXiv: 9605011
• [13] T.A. Campbell, et al., (2017), Roads towards fault-tolerant universal quantum computation, arXiv:1612.07330
• [14] T. Brun, et al., (2006), Correcting quantum errors with entanglement, arXiv:0610092
• [15] M. Wilde, T. Brun, (2008), Optimal entanglement formulas for entanglement-assisted quantum coding, arXiv: 0804.1404
• [16] A.J. Landahl, et al., (202=11), Fault-tolerant quantum computing with color codes, arXiv:1108.5738
• [17] D. Gottesmann, (1997), Stabilizer codes and quantum correction, arXiv:9705052
• [18] A.G. Fowler, et al., (2012), Surface codes: Towards practical large-scale quantum computation, arXiv:1208.0928
• [19] S. Bravyi, et al., (2018), Correcting coherent errors with surface codes, npj QI 4(55)
• [20] S. Bravyi, A. Kitayev, (2005), Universal quantum computation with ideal Clifford gates and noisy ancilles, arXiv:0403025