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Ci sono molte sfide per costruire un computer quantistico utile. Il problema principale è che i bit quantistici, i qubit, che eseguono i calcoli quantistici sono incredibilmente inaffidabili e si rompono quando incontrano il minimo rumore ambientale, causando errori.
È una sfida complessa e multidisciplinare ed è fondamentale affrontarla se mai vogliamo portare i computer quantistici al punto in cui possano fare qualcosa di utile per la società. È anche un problema affascinante su cui lavorare; potrebbe sorprenderti sapere che facciamo affidamento su molte competenze ingegneristiche classiche per costruire i nostri sistemi di controllo quantistico.
La verifica della progettazione hardware classica è uno degli strumenti per garantire la corretta realizzazione del sistema. La verifica del progetto consiste nel dimostrare o testare che il sistema soddisfa le sue specifiche. In altre parole, dato l’input, ottieni l’output che ti aspettavi.
Inutile dire che senza la verifica della progettazione non possiamo garantire di controllare i qubit nel modo giusto. È uno strumento necessario per garantire la creazione del giusto stack di correzione degli errori quantistici per le aziende di hardware. È lo strumento che garantirà la progettazione dei sistemi tolleranti ai guasti di domani.
In un articolo pubblicato al DVCon Europe di quest’anno a Monaco e reso disponibile su arXiv, Riverlane spiega come vengono utilizzate le tecniche classiche di verifica dei dispositivi per verificare il sistema di controllo: Deltaflow.Control.
Lo stack di correzione degli errori quantistici verificherà il sistema di controllo nei computer quantistici. Fonte: Riverlane
Riverlane sta costruendo uno stack di correzione degli errori quantistici per aiutare a correggere gli errori dei qubit. Lo sforzo comprende la costruzione di un sistema di controllo e calibrazione scalabile per ridurre gli errori e creare qubit affidabili.
Sistema di controllo di nuova generazione
Tornando ad altri settori e ad iniziative precedenti, molti dei componenti utilizzati in tali sistemi di controllo sono stati costruiti prima. Questi includono:
- Generazione di segnali in radiofrequenza (RF) (attualmente utilizzata su reti 5G)
- Calcolo distribuito (utilizzato per reti su larga scala come Internet)
- Sistemi in tempo reale (un componente vitale nel controllo industriale, nei veicoli autonomi e nelle applicazioni aerospaziali/difesa).
Ma ciò che non abbiamo mai fatto è costruire un sistema in cui tutti questi componenti debbano lavorare insieme nello stesso momento e nello stesso luogo. Questa è esattamente la sfida che dobbiamo affrontare quando costruiamo un sistema di controllo quantistico.
Lo stack di correzione degli errori quantistici richiede la progettazione e la realizzazione di un’architettura di sistema completamente nuova, scalabile all’aumentare del numero di qubit. Si tratta di un’impresa enorme e il nuovo articolo su arXiv si concentra sulle classiche metodologie di verifica hardware di cui abbiamo bisogno per verificare il sistema Deltaflow.Control mentre passiamo dal nostro attuale sistema di controllo (chiamato DC1, che è in grado di controllare decine di qubit) al sistema di prossima generazione DC2.
Il documento descrive come il nuovo sistema DC2 bilancia rigidi vincoli di potenza, memoria e latenza per creare segnali di controllo che consentano la manipolazione ad alta precisione dell’ampiezza, della frequenza e della fase delle forme d’onda. Quanto più accuratamente riusciamo a manipolare questi parametri, tanto meglio possiamo controllare lo stato quantistico.
DC2 è un’architettura di sistema per un sistema distribuito che offre calcolo a diversi livelli dello stack di correzione degli errori quantistici. Consente agli sviluppatori di integrare i propri sistemi ai livelli appropriati. Inoltre, DC2 è portabile su diversi tipi di hardware quantistico.
Quando si tratta di verificare DC2, utilizziamo tutte le tecniche di verifica classiche di cui disponiamo: metodologia di verifica universale (UVM), ambienti di modellazione SystemC, verifica basata sul modello dorato, verifica formale e test in laboratorio.
Nel documento descriviamo anche come utilizziamo approcci software agili “shift left” più moderni, come l’integrazione continua, per eseguire test “full stack”.
Samin Ishtiaq è responsabile del software presso Riverlaneuna società di informatica quantistica con sede a Cambridge, nel Regno Unito.
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Il post Come controllare un qubit? Con uno stack di correzione degli errori quantistici è apparso per la prima volta su EDN.
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