உலகளாவிய பார்வையாளர்களுக்காக வலுவான, தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை உருவாக்குவதில் வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் முக்கியமான பங்கை ஆராயுங்கள்.
வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தம்: தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கிற்கான அடித்தளம்
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் வாக்குறுதி - மிகவும் சக்திவாய்ந்த கிளாசிக்கல் சூப்பர் கம்ப்யூட்டர்களால் கூட தீர்க்க முடியாத சிக்கல்களைத் தீர்ப்பது - மூச்சடைக்கக் கூடியது. மருந்து கண்டுபிடிப்பு மற்றும் பொருள் அறிவியல் ஆகியவற்றை விரைவுபடுத்துவது முதல் நிதி மாதிரியாக்கம் மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவில் புரட்சியை ஏற்படுத்துவது வரை, சாத்தியமான பயன்பாடுகள் பரந்த மற்றும் மாற்றத்தக்கவை. இருப்பினும், இந்த திறனை உணர்ந்து கொள்வது ஒரு அடிப்படை தடையை சமாளிப்பதை சார்ந்துள்ளது: குவாண்டம் தகவல்களின் தீவிர பலவீனம். குவாண்டம் பிட்கள் அல்லது குபிட்கள், சத்தம் மற்றும் டீகோஹெரன்ஸ் ஆகியவற்றிற்கு ஆளாகின்றன, இது பிழைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது, இது கணக்கீடுகளை விரைவாக சிதைக்கும். இங்கே குவாண்டம் பிழை திருத்தம் (QEC) மற்றும் தவறு தாங்குதல் என்ற கருத்து நடைமுறைக்கு வருகிறது, மேலும் பெருகிய முறையில், வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் செயலாக்கம் நம்பகமான குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை உருவாக்குவதற்கான ஒரு முக்கியமான முன்னுதாரணமாக வெளிவருகிறது.
பார்க்க முடியாத எதிரி: குவாண்டம் அமைப்புகளில் சத்தம் மற்றும் டீகோஹெரன்ஸ்
கிளாசிக்கல் பிட்களைப் போலன்றி, வலுவான மற்றும் நம்பகத்தன்மையுடன் தகவல்களை 0 அல்லது 1 ஆக சேமிக்கிறது, குபிட்கள் states நிலையில் உள்ளன. இந்த குவாண்டம் நிகழ்வு, சக்திவாய்ந்ததாக இருந்தாலும், அவற்றை அவற்றின் சூழலுக்கு நம்பமுடியாத அளவிற்கு உணர்திறன் ஆக்குகிறது. சுற்றியுள்ள சிறிய தொடர்புகள் கூட - தவறான மின்காந்த புலங்கள், வெப்பநிலை ஏற்ற இறக்கங்கள் அல்லது குவாண்டம் வன்பொருளில் குறைபாடுகள் - குபிட்கள் அவற்றின் குவாண்டம் நிலையை இழக்கச் செய்யலாம் (டீகோஹெரன்ஸ்) அல்லது அவற்றின் நிலையை தவறாக மாற்றலாம். இந்த பிழைகள், அவை பிட் புரட்டுகளாக வெளிப்பட்டாலும் (|0> ஐ |1> ஆக மாற்றுதல்) அல்லது கட்ட புரட்டுகளாக (|+> ஐ |-> ஆக மாற்றுதல்), வேகமாக குவிகின்றன, இது தற்போதைய குவாண்டம் கணக்கீடுகளை மிகக் குறைந்த எண்ணிக்கையிலான செயல்பாடுகளுக்கு அப்பால் நம்பமுடியாததாக ஆக்குகிறது.
சத்தமில்லாத இடைநிலை அளவிலான குவாண்டம் (NISQ) சாதனங்களின் சகாப்தம், குறிப்பிட்ட சிக்கல்களுக்கான குவாண்டம் நன்மைகளை வழங்கும்போது, வலுவான பிழை தணிப்பு மற்றும் திருத்தம் ஆகியவற்றின் அவசர தேவையை எடுத்துக்காட்டுகிறது. குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் முழு திறனையும் அடைய, இந்த சத்தமில்லாத இயந்திரங்களைத் தாண்டி, சிக்கலான கணக்கீடுகளை நம்பகத்தன்மையுடன் செய்யக்கூடிய தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை நோக்கி நாம் செல்ல வேண்டும்.
குவாண்டம் பிழை திருத்தம்: உடையக்கூடிய குபிட்டை காத்தல்
குவாண்டம் பிழை திருத்தம் என்பது குவாண்டம் தகவல்களை பிழைகளிலிருந்து பாதுகாக்கும் கலை மற்றும் அறிவியல் ஆகும். முக்கிய யோசனை கிளாசிக்கல் பிழை திருத்தத்தால் ஈர்க்கப்பட்டது, அங்கு பிழைகளை கண்டறிந்து சரிசெய்ய அதிகப்படியான தகவல் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இருப்பினும், குவாண்டம் இயக்கவியல் தனித்துவமான சவால்கள் மற்றும் வாய்ப்புகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது.
குளோனிங் இல்லா தேற்றம் மற்றும் அதன் தாக்கங்கள்
குவாண்டம் இயக்கவியலில் ஒரு அடிப்படை கொள்கை குளோனிங் இல்லா தேற்றம், இது தன்னிச்சையான தெரியாத குவாண்டம் நிலையின் ஒரே மாதிரியான நகலை உருவாக்க முடியாது என்று கூறுகிறது. இந்த தேற்றம் நாம் பிழை திருத்தத்தை எவ்வாறு அணுகுகிறோம் என்பதை நேரடியாக பாதிக்கிறது. கிளாசிக்கல் கம்ப்யூட்டிங்கில், நாம் ஒரு பிட்டை பல முறை படித்து பிழையை கண்டறிய பெரும்பான்மை வாக்கு அளிக்கலாம். குபிட்களுடன் இது சாத்தியமில்லை, ஏனெனில் குவாண்டம் நிலையை அளவிடுவது தவிர்க்க முடியாமல் அதை தொந்தரவு செய்கிறது, அதன் மேற்பொருளை சரித்து, நாம் பாதுகாக்க முயற்சிக்கும் தகவலை அழிக்கிறது.
தகவலை குறியாக்கம் செய்தல்: அதிகப்படியான சக்திகள்
குளோனிங்கிற்கு பதிலாக, குவாண்டம் பிழை திருத்தம் குறியாக்கத்தை நம்பியுள்ளது. உண்மையான கணக்கீட்டு தகவலைக் குறிக்கும் ஒரு லாஜிகல் குபிட், பல பிசிகல் குபிட்களின் அமைப்பில் குறியாக்கம் செய்யப்படுகிறது. இந்த பிசிகல் குபிட்கள் ஒன்று அல்லது சிலவற்றை பாதிக்கும் பிழைகளை நேரடியாக அளவிடவோ அல்லது தொந்தரவு செய்யாமலோ கண்டறிந்து சரிசெய்யக்கூடிய வகையில் தொடர்பு கொள்கின்றன.
இந்த பிசிகல் குபிட்கள் முழுவதும் குவாண்டம் தகவல்களை பரப்புவதே முக்கியம், எனவே ஒரு பிசிகல் குபிட்டில் ஏற்படும் பிழை முழு லாஜிகல் குபிட்டையும் சிதைக்காது. இந்த அதிகப்படியான தன்மை, சரியாக செயல்படுத்தப்படும்போது, ஒரு பிழையின் வகை மற்றும் இடத்தைக் கண்டறிந்து, பின்னர் ஒரு திருத்தும் செயல்பாட்டைப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது.
சின்ட்ரோம் அளவீடு: தரவைப் படிக்காமல் பிழைகளைக் கண்டறிதல்
குவாண்டம் பிழை திருத்த திட்டங்கள் பொதுவாக தரவு குபிட்களுடன் சிக்கலான துணை குபிட்களை அளவிடுவதை உள்ளடக்குகின்றன, அவை சின்ட்ரோம் குபிட்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த சின்ட்ரோம் அளவீடுகள் நிகழ்ந்த பிழைகள் பற்றிய தகவலை வெளிப்படுத்துகின்றன (எ.கா., ஒரு பிட் புரட்டல் அல்லது கட்ட புரட்டல் நடந்ததா) ஆனால் தரவு குபிட்களின் நிலையை வெளிப்படுத்த வேண்டாம். இந்த புத்திசாலித்தனமான நுட்பம் குளோனிங் இல்லா தேற்றத்தை மீறாமல் அல்லது குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட குவாண்டம் நிலையை சரி செய்யாமல் பிழைகளைக் கண்டறிய அனுமதிக்கிறது.
டிகோடிங் மற்றும் திருத்தம்
பிழை சின்ட்ரோம் அளவிடப்பட்டதும், டிகோடர் இந்த தகவலைப் பயன்படுத்தி ஏற்பட்டிருக்கக்கூடிய பிழையை ஊகிக்கிறது. இந்த ஊகத்தின் அடிப்படையில், ஒரு குறிப்பிட்ட குவாண்டம் கேட் (ஒரு திருத்தும் செயல்பாடு) தரவு குபிட்களுக்கு அவற்றின் சரியான நிலைக்கு மீட்டமைக்க பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு QEC குறியீட்டின் செயல்திறன், குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட லாஜிகல் குபிட்டை சிதைக்கும் முன், பிசிகல் குபிட்களில் ஏற்படும் ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான பிழைகளைக் கண்டறிந்து சரிசெய்யும் திறனைப் பொறுத்தது.
தவறு தாங்குதல்: இறுதி இலக்கு
குவாண்டம் பிழை திருத்தம் ஒரு தேவையான படி, ஆனால் தவறு தாங்குதல் இறுதி இலக்கு. தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர் என்பது ஒன்று, அங்கு கணக்கீட்டு பிழையின் நிகழ்தகவு, பிழையின் வீதத்தை அதிகரிக்காமல், லாஜிகல் குபிட்களை குறியாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பிசிகல் குபிட்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதன் மூலம் தன்னிச்சையாக சிறியதாக மாற்ற முடியும். இதற்கு பயனுள்ள QEC குறியீடுகள் மட்டுமல்ல, குவாண்டம் கேட்கள் மற்றும் செயல்பாடுகளின் தவறு-தாங்கும் செயல்படுத்தல்களும் தேவை.
தவறு-தாங்கும் அமைப்பில்:
- லாஜிகல் குபிட்கள் QEC குறியீடுகளைப் பயன்படுத்தி குறியாக்கம் செய்யப்படுகின்றன.
- குவாண்டம் கேட்கள் இந்த லாஜிகல் குபிட்களில் தவறு-தாங்கும் முறையில் செயல்படுத்தப்படுகின்றன, அதாவது பிசிகல் குபிட்களில் கேட் செயல்பாட்டின் போது ஏற்படும் எந்தவொரு பிழையும் கண்டறியப்பட்டு சரிசெய்யப்படுகிறது அல்லது லாஜிகல் பிழையை ஏற்படுத்தாது.
- அளவீடுகள் தவறு-தாங்கக்கூடியதாகவும் செய்யப்படுகின்றன.
தவறு தாங்குதலை அடைவது ஒரு பெரிய பொறியியல் மற்றும் அறிவியல் சவால். இதற்கு பிழை மாதிரிகள், அதிநவீன QEC குறியீடுகள், திறமையான டிகோடிங் வழிமுறைகள் மற்றும் குறைந்த பிசிகல் பிழை விகிதங்களைக் கொண்ட வலுவான குவாண்டம் வன்பொருள் பற்றிய ஆழமான புரிதல் தேவை. எல்லை தேற்றம் என்பது தவறு தாங்குதலின் ஒரு மூலக்கல்லாகும், இது அண்டர்லயிங் வன்பொருளின் பிசிகல் பிழை விகிதம் ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பிற்குக் கீழே இருந்தால், தன்னிச்சையாக குறைந்த லாஜிகல் பிழை விகிதத்துடன் தன்னிச்சையாக நீண்ட குவாண்டம் கணக்கீடுகளைச் செய்ய முடியும் என்று கூறுகிறது.
வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தின் தோற்றம்
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு முதிர்ச்சியடையும்போது, வலுவான மென்பொருள் பொறியியல் கொள்கைகளுக்கான தேவை அதிகரித்து வருகிறது. இங்கே வகை பாதுகாப்பு என்ற கருத்து, கிளாசிக்கல் நிரலாக்கத்திலிருந்து கடன் வாங்கப்பட்டது, குவாண்டம் பிழை திருத்தம் மற்றும் தவறு தாங்குதல் ஆகியவற்றின் சூழலில் மிகவும் பொருத்தமானது. வகை பாதுகாப்பு என்பது சரியான வகையின் தரவுகளில் செயல்பாடுகள் செய்யப்படுவதை உறுதி செய்கிறது, ரன்டைம் பிழைகளைத் தடுக்கிறது மற்றும் குறியீடு நம்பகத்தன்மை மற்றும் பராமரிப்புத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.
குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கின் சூழலில், குறிப்பாக பிழை திருத்தம் குறித்து, வகை பாதுகாப்பை பல சக்திவாய்ந்த வழிகளில் விளக்கலாம்:
1. சரியான குறியாக்கம் மற்றும் டிகோடிங் நெறிமுறைகளை உறுதி செய்தல்
அதன் மையத்தில், QEC குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட குவாண்டம் states ஐ கையாளுவதை உள்ளடக்குகிறது. ஒரு வகை-பாதுகாப்பான அணுகுமுறை, லாஜிகல் குபிட்களுக்கான செயல்பாடுகள் (எ.கா., லாஜிகல் NOT கேட்டைப் பயன்படுத்துதல்) குறிப்பிட்ட QEC குறியீட்டின் படி அண்டர்லயிங் பிசிகல் குபிட்களில் உள்ள செயல்பாடுகளாக சரியாக மொழிபெயர்க்கப்படுவதை உறுதி செய்கிறது. இது பின்வருவனவற்றுக்கு தனித்துவமான 'வகைகளை' வரையறுப்பதை உள்ளடக்குகிறது:
- பிசிகல் குபிட்கள்: அடிப்படை, பிழை-வாய்ப்பான வன்பொருள் அலகுகள்.
- லாஜிகல் குபிட்கள்: சுருக்கமான, பிழை-திருத்தப்பட்ட கணக்கீட்டு அலகுகள்.
- சின்ட்ரோம் குபிட்கள்: பிழை கண்டறிதலுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் துணை குபிட்கள்.
ஒரு வகை-பாதுகாப்பான அமைப்பு, சரியான குறியாக்கம்/டிகோடிங் இடைத்தரகர்கள் இல்லாமல், பிசிகல் குபிட்களுக்கான செயல்பாடுகளை நேரடியாக லாஜிகல் குபிட்களில் பயன்படுத்தப்படுவதைத் தடுக்கும், அல்லது நேர்மாறாக. உதாரணமாக, ஒரு லாஜிகல் குபிட்டை புரட்டுவதற்கு வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு செயல்பாடு, அது 'லாஜிகல் குபிட்' வகையிலும், உள்நாட்டில் தேவையான பிசிகல் குபிட் செயல்பாடுகள் மற்றும் சின்ட்ரோம் அளவீடுகளை செயல்படுத்துகிறது.
2. தவறு தாங்குதலுக்கான குவாண்டம் கேட் செயல்படுத்தல்களை முறைப்படுத்துதல்
குவாண்டம் கேட்களை தவறு-தாங்கக்கூடிய வகையில் செயல்படுத்துவது சிக்கலானது. இது பிசிகல் கேட் செயல்பாடுகள், அளவீடுகள் மற்றும் லாஜிகல் குபிட்டின் ஒருமைப்பாட்டைப் பாதுகாக்கும் நிபந்தனை செயல்பாடுகளின் வரிசைகளை உள்ளடக்கியது. வகை பாதுகாப்பு இந்த செயல்படுத்தல்களை முறைப்படுத்த உதவும்:
- தவறு-தாங்கும் கேட் செயல்பாடுகளை தனித்துவமான வகைகளாக வரையறுத்தல், இந்த கடுமையாக சரிபார்க்கப்பட்ட செயல்படுத்தல்கள் மட்டுமே லாஜிகல் செயல்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுவதை உறுதி செய்தல்.
- கேட் செயல்பாடுகள் பிழை மாதிரி மற்றும் QEC குறியீட்டின் திறன்களுக்கு இணங்குவதை சரிபார்த்தல். உதாரணமாக, மேற்பரப்பு குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தப்பட்ட ஒரு லாஜிகல் குபிட்டில் ஒரு தவறு-தாங்கும் X கேட் ஒரு குறிப்பிட்ட, வகை-சரிபார்க்கப்பட்ட பிசிகல் செயல்பாடுகளைக் கொண்டிருக்கும்.
இது டெவலப்பர்கள் ஒரு கேட்டின் தவறு-தாங்க முடியாத பதிப்பை தற்செயலாக செயல்படுத்துவதைத் தடுக்கிறது, இது முழு கணக்கீட்டையும் சமரசம் செய்யக்கூடும்.
3. பிழை சின்ட்ரோம்களின் வலுவான கையாளுதல்
பிழை சின்ட்ரோம் அளவீடுகள் QEC க்கு முக்கியமானவை. இந்த சின்ட்ரோம்களின் அடிப்படையில் விளக்கம் மற்றும் அடுத்தடுத்த திருத்தம் துல்லியமாக இருக்க வேண்டும். வகை பாதுகாப்பு உறுதி செய்ய முடியும்:
- சின்ட்ரோம்கள் ஒரு தனித்துவமான தரவு வகையாக கருதப்படுகின்றன குறிப்பிட்ட சரிபார்ப்பு விதிகளுடன்.
- டிகோடிங் வழிமுறைகள் வகை-சரிபார்க்கப்பட்டுள்ளன அவை சின்ட்ரோம் தகவல்களைச் சரியாக செயலாக்கி பொருத்தமான திருத்தும் செயல்பாடுகளுக்கு வரைபடமாக்குவதை உறுதி செய்ய.
- தவறான சின்ட்ரோம்கள் தவறான திருத்தங்களுக்கு வழிவகுப்பதைத் தடுக்கிறது.
4. சுருக்கம் மற்றும் கலவையின் திறனை மேம்படுத்துதல்
குவாண்டம் வழிமுறைகள் மிகவும் சிக்கலானதாகும்போது, டெவலப்பர்கள் QEC இன் குறைந்த அளவிலான விவரங்களைத் தவிர்க்க வேண்டும். வகை பாதுகாப்பு தெளிவான இடைமுகங்கள் மற்றும் உத்தரவாதங்களை வழங்குவதன் மூலம் இதை எளிதாக்குகிறது:
- உயர்-நிலை குவாண்டம் நிரலாக்க மொழிகள் லாஜிகல் குபிட்களை நிர்வகிக்க மற்றும் அண்டர்லயிங் பிசிகல் குபிட்கள் மற்றும் பிழை திருத்தும் இயந்திரங்களை சுருக்க வகை அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தலாம்.
- கலவைத்தன்மை மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஒரு குறிப்பிட்ட பணியை நம்பகத்தன்மையுடன் செய்ய வகை-சரிபார்க்கப்பட்ட ஒரு தவறு-தாங்கும் துணை நிரல், வகை அமைப்பு அதன் தவறு-தாங்கும் இயல்பை சரிபார்த்துள்ளது என்பதை அறிந்து, நம்பிக்கையுடன் மற்ற துணை நிரல்களுடன் இணைக்க முடியும்.
5. முறையான சரிபார்ப்பு மற்றும் பாதுகாப்பு உத்தரவாதங்களை செயல்படுத்துதல்
வகை அமைப்புகளின் கடுமையான தன்மை குவாண்டம் குறியீட்டின் அதிக நேரடியான முறையான சரிபார்ப்பை அனுமதிக்கிறது. குவாண்டம் states, செயல்பாடுகள் மற்றும் பிழை திருத்தும் நெறிமுறைகளுக்கு துல்லியமான வகைகளை வரையறுப்பதன் மூலம், முறையான முறைகளைப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தப்பட்ட குவாண்டம் சுற்றுகள் மற்றும் வழிமுறைகளின் சரியான தன்மை மற்றும் தவறு-தாங்கும் பண்புகளை கணித ரீதியாக நிரூபிக்க முடியும். முழுமையான நம்பகத்தன்மை மிக முக்கியத்துவம் வாய்ந்த உயர் பங்குகளைக் கொண்ட பயன்பாடுகளுக்கு இது மிகவும் முக்கியமானது.
வகை-பாதுகாப்பான QEC செயலாக்கத்தின் முக்கிய கூறுகள்
வகை-பாதுகாப்பான QEC ஐ செயல்படுத்துவது குவாண்டம் தகவல் அறிவியல், கணினி அறிவியல் மற்றும் மென்பொருள் பொறியியல் ஆகியவற்றிலிருந்து கருத்துகளை ஒருங்கிணைத்து ஒரு பல அடுக்கு அணுகுமுறையை உள்ளடக்கியது.
1. குவாண்டம் தரவு வகைகளை வரையறுத்தல்
வெவ்வேறு குவாண்டம் நிறுவனங்களுக்கான வெளிப்படையான வகைகளை வரையறுப்பதே முதல் படி:
- `PhysicalQubit`: குவாண்டம் வன்பொருளில் ஒரு குபிட்டை குறிக்கிறது.
- `LogicalQubit
`: ஒரு குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட லாஜிகல் குபிட்டை குறிக்கிறது, இது குறிப்பிட்ட QEC `குறியீட்டைப்` பயன்படுத்துகிறது (எ.கா., `LogicalQubit`). - `ErrorSyndrome`: பிட்-புரட்டல் அல்லது கட்ட-புரட்டல் சின்ட்ரோம்களுக்கான துணை வகைகளுடன், சின்ட்ரோம் அளவீடுகளின் விளைவை பிரதிபலிக்கும் ஒரு தரவு அமைப்பு.
- `FaultTolerantOperation
` : கொடுக்கப்பட்ட `லாஜிகல் குபிட்` வகை மற்றும் `குறியீட்டிற்கு` தவறு-தாங்கும் முறையில் செயல்படுத்தப்படும் ஒரு குவாண்டம் கேட்டை (எ.கா., `X`, `CX`) குறிக்கிறது.
2. வகை-சரிபார்க்கப்பட்ட குவாண்டம் கேட் செயல்பாடுகள்
குவாண்டம் கேட்கள் சரியான வகைகளில் செயல்படவும் தவறு தாங்குதலை உறுதி செய்யவும் வடிவமைக்கப்பட்டு செயல்படுத்தப்பட வேண்டும்:
- ஆரம்ப செயல்பாடுகள் `பிசிகல் குபிட்டிற்கு` வரையறுக்கப்படுகின்றன.
- சிக்கலான, தவறு-தாங்கும் கேட் செயல்பாடுகள் `லாஜிகல் குபிட்டிற்கு` வரையறுக்கப்படுகின்றன. இந்த செயல்பாடுகள் உள்நாட்டில் தேவையான `பிசிகல் குபிட்` செயல்பாடுகள், சின்ட்ரோம் அளவீடுகள் மற்றும் திருத்தங்களை ஏற்பாடு செய்கின்றன. ஒரு தவறு-தாங்கும் செயல்பாடு பொருத்தமான `குறியீடு` வகையின் `லாஜிகல் குபிட்டிற்கு` மட்டுமே பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதை வகை அமைப்பு உறுதி செய்கிறது.
உதாரணமாக, ஒரு செயல்பாடு கையொப்பம் இவ்வாறு இருக்கலாம்:
function apply_logical_X<Code>(qubit: LogicalQubit<Code>): void
இந்த கையொப்பம் `apply_logical_X` ஒரு `லாஜிகல் குபிட்டில்` செயல்படுகிறது என்பதையும் அதன் செயலாக்கம் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட `குறியீட்டிற்கு` குறிப்பிட்டது என்பதையும் தெளிவாகக் குறிக்கிறது. `குறியீடு` ஒரு சரியான QEC குறியீடு வகை என்பதை கம்பைலர் செயல்படுத்த முடியும்.
3. வலுவான சின்ட்ரோம் டிகோடிங் மற்றும் திருத்தும் கட்டமைப்புகள்
டிகோடிங் செயல்முறை தடையின்றி பாதுகாப்பாக ஒருங்கிணைக்கப்பட வேண்டும்:
- `Decoder
`வகுப்புகள் அல்லது தொகுதிகள் ஒரு `குறியீட்டிற்கு` குறிப்பிட்ட `ErrorSyndrome` வகைகளைக் கையாள வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. - திருத்தும் செயல்பாடுகள் பின்னர் டிகோடரின் வெளியீட்டின் அடிப்படையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. திருத்தும் செயல்பாடு சரிசெய்யப்படும் `லாஜிகல் குபிட்டுடன்` இணக்கமாக இருப்பதை வகை அமைப்பு உறுதி செய்ய முடியும்.
ஒரு சூழ்நிலையைக் கவனியுங்கள்:
function correct_errors<Code>(syndrome: ErrorSyndrome<Code>, target_qubit: LogicalQubit<Code>): void
இது சின்ட்ரோம் வகை மற்றும் இலக்கு லாஜிகல் குபிட் ஒரே அண்டர்லயிங் QEC குறியீட்டுடன் இணக்கமாக இருப்பதை உறுதி செய்கிறது.
4. குவாண்டம் மென்பொருள் அடுக்குகளுக்கான அடுக்கப்பட்ட சுருக்கம்
ஒரு வகை-பாதுகாப்பான அணுகுமுறை இயற்கையாகவே ஒரு அடுக்கப்பட்ட மென்பொருள் கட்டிடக்கலைக்கு வழிவகுக்கிறது:
- வன்பொருள் அடுக்கு: பிசிகல் குபிட்கள் மற்றும் அவற்றின் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளுடன் நேரடியாக தொடர்பு கொள்கிறது.
- QEC அடுக்கு: தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட QEC குறியீடுகள், குறியாக்கம், சின்ட்ரோம் பிரித்தெடுத்தல் மற்றும் அடிப்படை திருத்தத்தை செயல்படுத்துகிறது. `பிசிகல் குபிட்`, `லாஜிகல் குபிட்` மற்றும் `ErrorSyndrome` ஆகியவற்றுக்கான வகை வரையறைகள் மிகவும் நேரடியாகப் பயன்படுத்தப்படும் அடுக்கு இது.
- தவறு-தாங்கும் கேட் அடுக்கு: `லாஜிகல் குபிட்களில்` செயல்படும் ஒற்றை- மற்றும் இரண்டு-குபிட் கேட்டுகளின் தவறு-தாங்கும் செயல்படுத்தல்களை வழங்குகிறது.
- குவாண்டம் வழிமுறை அடுக்கு: டெவலப்பர்கள் இங்கே `லாஜிகல் குபிட்கள்` மற்றும் தவறு-தாங்கும் கேட்களுடன் வேலை செய்கிறார்கள், அண்டர்லயிங் QEC ஐ சுருக்கி விடுகிறார்கள்.
ஒவ்வொரு அடுக்கிலும் வகை பாதுகாப்பு பயன் அளிக்கிறது, அடுக்குகளுக்கு இடையிலான இடைமுகங்கள் நன்கு வரையறுக்கப்பட்டுள்ளன மற்றும் பிழைகள் ஆரம்பத்திலேயே பிடிக்கப்படுகின்றன என்பதை உறுதி செய்கிறது.
QEC குறியீடுகளின் எடுத்துக்காட்டுகள் மற்றும் அவற்றின் வகை-பாதுகாப்பான தாக்கங்கள்
வெவ்வேறு QEC குறியீடுகள் அவற்றின் வகை-பாதுகாப்பான செயலாக்கத்தை பாதிக்கும் தனித்துவமான கட்டமைப்பு பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன.
1. மேற்பரப்பு குறியீடுகள்
உயர் பிழை வரம்பு மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் எளிய அமைப்பு காரணமாக, நடைமுறை தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கிற்கு மேற்பரப்பு குறியீடு ஒரு முன்னணி வேட்பாளராகும், இது 2D வன்பொருள் தளவமைப்புகளுக்கு தன்னைத்தானே வழங்குகிறது. ஒரு மேற்பரப்பு குறியீடு ஒரு மேற்பரப்பில் அமைக்கப்பட்ட பிசிகல் குபிட்களின் கட்டத்தைப் பயன்படுத்தி ஒரு லாஜிகல் குபிட்டை குறியாக்குகிறது. இந்த கட்டத்தின் பிளேக்கெட்களில் ஸ்டெபிலைசர் அளவீடுகள் செய்யப்படுகின்றன.
மேற்பரப்பு குறியீடுகளுக்கான வகை-பாதுகாப்பான தாக்கங்கள்:
- `LogicalQubit
` கட்டத்தில் அதன் குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட நிலையை பிரதிபலிக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட கட்டமைப்பைக் கொண்டிருக்கும். - கேட் செயல்படுத்தல்கள் (எ.கா., லாஜிகல் ஹடாமார்ட், CNOT) லாஜிகல் குபிட்டின் பிராந்தியத்தின் எல்லையை உருவாக்கும் குறிப்பிட்ட பிசிகல் குபிட்களில் பிசிகல் செயல்பாடுகளின் வரிசைகளாக வரையறுக்கப்படும், மேலும் ஆன்சில்லா அடிப்படையிலான கேட் செயல்படுத்தல்களுக்கான துணை குபிட்களையும் உள்ளடக்கியது.
- சின்ட்ரோம் பிரித்தெடுத்தல் மேற்பரப்பு குறியீடு லட்டிஸால் வரையறுக்கப்பட்ட ஸ்டெபிலைசர் ஆபரேட்டர்களின் அளவீடுகளை உள்ளடக்கியது. `ErrorSyndrome
` வகை சாத்தியமான பிளேக்கெட் அளவீடுகளின் தொகுப்பைப் பிரதிபலிக்கும். - குறைந்தபட்ச எடை சரியான பொருத்தம் போன்ற மேற்பரப்பு குறியீடுகளுக்கான டிகோடிங் வழிமுறைகள் இந்த குறிப்பிட்ட சின்ட்ரோம் கட்டமைப்பில் செயல்படும்.
உலகளாவிய எடுத்துக்காட்டு: IBM குவாண்டம், Google AI குவாண்டம் மற்றும் ஐரோப்பா, வட அமெரிக்கா மற்றும் ஆசியா முழுவதும் பல்வேறு பல்கலைக்கழக ஆய்வகங்கள் உட்பட உலகம் முழுவதும் பல ஆராய்ச்சி குழுக்கள் மேற்பரப்பு குறியீடு செயல்படுத்தல்களை தீவிரமாக உருவாக்கி சோதித்து வருகின்றன. ஒரு ஒருங்கிணைந்த, வகை-பாதுகாப்பான கட்டமைப்பு இந்த மாறுபட்ட முயற்சிகளிலிருந்து கண்டுபிடிப்புகளின் ஒத்துழைப்பு மற்றும் ஒருங்கிணைப்பிற்கு பெரிதும் பயனளிக்கும்.
2. ஸ்டீன் குறியீடு
ஸ்டீன் குறியீடு என்பது ஏழு-குபிட் குறியீடு ஆகும், இது எந்த ஒற்றை-குபிட் பிழையையும் சரிசெய்ய முடியும். இது ஒரு குவாண்டம் ஹம்மிங் குறியீடு, அதன் அளவுக்கான சிறந்த பிழை கண்டறிதல் திறன்களை வழங்குகிறது.
ஸ்டீன் குறியீடுக்கான வகை-பாதுகாப்பான தாக்கங்கள்:
- `LogicalQubit
` 7 பிசிகல் குபிட்களில் குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட ஒரு லாஜிகல் குபிட்டை குறிக்கும். - கேட் செயல்படுத்தல்கள் இந்த 7 குபிட்களில் உள்ள செயல்பாடுகளின் குறிப்பிட்ட வரிசைகளை உள்ளடக்கியது. உதாரணமாக, ஒரு லாஜிகல் X கேட் ஒரு குறிப்பிட்ட வரிசைமாற்றத்திற்கும் சாத்தியமான பிட்-புரட்டல் செயல்பாடுகளுக்கும் 7 பிசிகல் குபிட்களில் ஒத்திருக்கலாம்.
- சின்ட்ரோம் பிரித்தெடுத்தல் 3 ஸ்டெபிலைசர் ஆபரேட்டர்களை அளவிடுவதை உள்ளடக்கியது. `ErrorSyndrome
` வகை இந்த 3 அளவீடுகளின் விளைவுகளை பிரதிபலிக்கும்.
பெரிய கணக்கீடுகளுக்கு மேற்பரப்பு குறியீடுகளை விட குறைவாக அளவிடக்கூடியதாக இருந்தாலும், ஸ்டீன் குறியீட்டின் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட அமைப்பு வகை-பாதுகாப்பான தவறு-தாங்கும் செயல்பாடுகளின் ஆரம்ப ஆர்ப்பாட்டங்களுக்கு இது ஒரு சிறந்த வேட்பாளராக ஆக்குகிறது.
3. வண்ண குறியீடுகள்
வண்ண குறியீடுகள் மேற்பரப்பு குறியீடுகளின் பொதுமைப்படுத்தல் மற்றும் அவற்றின் உயர் பிழை வரம்புகளுக்கு அறியப்படுகின்றன, மேலும் ஒரு ஒற்றை குறியீடு இடத்தில் பல லாஜிகல் குபிட்களை குறியாக்கம் செய்யும் திறன் உள்ளது. அவை இடவியல் குவாண்டம் கணக்கீட்டுடன் நெருக்கமாக தொடர்புடையவை.
வண்ண குறியீடுகளுக்கான வகை-பாதுகாப்பான தாக்கங்கள்:
- `LogicalQubit
` குறியீட்டால் மட்டுமல்ல, குறிப்பிட்ட லட்டிஸ் அமைப்பு மற்றும் வண்ணத் திட்டத்தால் திட்டமிடப்படும். - சின்ட்ரோம் அளவீடுகள் லட்டிஸில் உள்ள வெவ்வேறு வகையான பிளேக்கெட்களுக்கு (எ.கா., முகங்கள், உச்சி) ஒத்திருக்கும், இது மிகவும் சிக்கலான `ErrorSyndrome` வகைகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.
- டிகோடிங் அதிக சவாலாக இருக்கலாம், ஆனால் சில பிழை மாதிரிகளுக்கு அதிக திறன் கொண்டதாக இருக்கலாம்.
QEC க்கு வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு வகை அமைப்பு, இவை போன்ற வெவ்வேறு குறியீடுகளின் மாறுபட்ட சிக்கல்கள் மற்றும் கட்டமைப்புகளை இடமளிக்க போதுமானதாக இருக்க வேண்டும்.
சவால்கள் மற்றும் எதிர்கால திசைகள்
வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தத்தை செயல்படுத்துவது அதன் சவால்கள் இல்லாமல் இல்லை:
- QEC குறியீடுகளின் சிக்கலானது: பல QEC குறியீடுகளின் கணித சிக்கலானது அவற்றை வகை அமைப்புகளாக நேரடி மொழிபெயர்ப்பை கடினமான பணியாக ஆக்குகிறது.
- வன்பொருள் மாறுபாடு: வெவ்வேறு குவாண்டம் வன்பொருள் தளங்கள் (சூப்பர் காண்டக்டிங் குபிட்கள், மாட்டப்பட்ட அயனிகள், ஃபோட்டானிக் அமைப்புகள் போன்றவை) தனித்துவமான பிழை மாதிரிகள் மற்றும் பிசிகல் கேட் நம்பகத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன. ஒரு வகை-பாதுகாப்பான கட்டமைப்பு இந்த மாறுபாடுகளுக்கு ஏற்றதாக இருக்க வேண்டும்.
- செயல்திறன் மேல்தளம்: QEC இயற்கையாகவே லாஜிகல் குபிட்டிற்கு தேவையான பிசிகல் குபிட்கள் மற்றும் செயல்பாடுகளின் எண்ணிக்கையின் அடிப்படையில் குறிப்பிடத்தக்க மேல்தளத்தை அறிமுகப்படுத்துகிறது. வகை-பாதுகாப்பான செயல்படுத்தல்கள் சரியான தன்மையை சமரசம் செய்யாமல் இந்த மேல்தளத்தை குறைக்க முயற்சி செய்ய வேண்டும்.
- கருவிகள் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் அமைப்பு: குவாண்டம் வகைகளைப் புரிந்துகொண்டு பயன்படுத்தும் முதிர்ச்சியடைந்த கம்பைலர்கள், பிழைகள் மற்றும் சரிபார்ப்பு கருவிகளை உருவாக்குவது அவசியம்.
- தரப்படுத்தல்: குவாண்டம் தரவு வகைகள் மற்றும் தவறு-தாங்கும் செயல்பாடுகளுக்கான சமூக தரங்களை நிறுவுவது இணக்கத்தன்மை மற்றும் பரவலான ஏற்றுக்கொள்ளலுக்கு மிகவும் முக்கியமானது.
எதிர்கால திசைகள்:
- மேம்பட்ட வகை அமைப்புகள்: நிகழ்தகவு சரியான தன்மை, வள கட்டுப்பாடுகள் மற்றும் குறிப்பிட்ட பிழை மாதிரிகளைப் பிடிக்கக்கூடிய மிகவும் வெளிப்படையான வகை அமைப்புகளில் ஆராய்ச்சி.
- தானியங்கி குறியீடு உருவாக்கம்: கேட்கள் மற்றும் நெறிமுறைகளின் வகை-பாதுகாப்பான தவறு-தாங்கும் செயல்படுத்தல்களை உயர்-நிலை விவரக்குறிப்புகள் மற்றும் QEC குறியீடு வரையறைகளிலிருந்து தானாகவே உருவாக்கக்கூடிய கருவிகளை உருவாக்குதல்.
- கிளாசிக்கல் அமைப்புகளுடன் ஒருங்கிணைத்தல்: வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் குறியீட்டை கிளாசிக்கல் கட்டுப்பாடு மற்றும் பிந்தைய செயலாக்க அமைப்புகளுடன் தடையின்றி ஒருங்கிணைத்தல்.
- கலப்பின அணுகுமுறைகள்: பிழை திருத்தத்தை ஒருங்கிணைக்கும் கலப்பின குவாண்டம்-கிளாசிக்கல் வழிமுறைகளுக்கு வகை பாதுகாப்பை எவ்வாறு பயன்படுத்தலாம் என்பதை ஆராய்தல்.
- முறையான சரிபார்ப்பு கருவிகள்: குவாண்டம் நிரல்களின் தவறு-தாங்கும் உத்தரவாதங்களை நிரூபிக்க வகை தகவல்களைப் பயன்படுத்தக்கூடிய வலுவான முறையான சரிபார்ப்பு கருவிகளை உருவாக்குதல்.
முடிவு: நம்பகமான குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை உருவாக்குதல்
சக்திவாய்ந்த, தவறு-தாங்கும் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களை உருவாக்கும் பயணம் ஒரு மாரத்தான், ஒரு ஸ்பிரிண்ட் அல்ல. குவாண்டம் பிழை திருத்தம் என்பது இன்றைய சத்தமில்லாத NISQ சாதனங்களுக்கும் நாளைய நம்பகமான குவாண்டம் இயந்திரங்களுக்கும் இடையிலான இடைவெளியைக் குறைக்கும் இன்றியமையாத தொழில்நுட்பமாகும். வகை-பாதுகாப்பான குவாண்டம் பிழை திருத்தம் கொள்கைகளை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலமும் உருவாக்குவதன் மூலமும், குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங் சமூகம் முன்னேற்றத்தை கணிசமாக துரிதப்படுத்த முடியும்.
வகை பாதுகாப்பு என்பது QEC நெறிமுறைகள் மற்றும் தவறு-தாங்கும் செயல்பாடுகளை வடிவமைத்தல், செயல்படுத்துதல் மற்றும் சரிபார்ப்பதற்கான ஒரு கடுமையான கட்டமைப்பை வழங்குகிறது. இது குறியீடு நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது, டெவலப்பர் உற்பத்தித்திறனை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் இறுதியில் குவாண்டம் கம்ப்யூட்டர்களால் உற்பத்தி செய்யப்படும் கணக்கீட்டு முடிவுகளில் அதிக நம்பிக்கையை உருவாக்குகிறது. உலகளாவிய குவாண்டம் சுற்றுச்சூழல் அமைப்பு தொடர்ந்து வளர்ந்து வருவதால், ஒவ்வொரு கண்டத்திலிருந்தும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் மற்றும் டெவலப்பர்கள் பங்களிப்புச் செய்வதால், தவறு தாங்குதலுக்கான தரப்படுத்தப்பட்ட, வகை-பாதுகாப்பான அணுகுமுறை குவாண்டம் எதிர்காலத்தை உருவாக்குவதற்கு மிக முக்கியமானது - ஒரு எதிர்காலம், அங்கு சிக்கலான, உலகத்தை மாற்றும் சிக்கல்களை இறுதியாக தீர்க்க முடியும்.