Oamenii de știință IBM spun că au rezolvat cel mai mare blocaj Calculare cuantică și intenționează să lanseze prima mașină pe scară largă, pe scară largă, până în 2029.
Noua cercetare demonstrează noi tehnici de corectare a erorilor despre care oamenii de știință spun că vor duce la un sistem de 20.000 de ori mai puternic decât orice computer cuantic existent în prezent.
În două noi studii încărcate 2 iunie şi 3 iunie Pentru serverul arxiv de preprint, cercetătorii au dezvăluit noi tehnici de atenuare a erorilor și corectare care gestionează suficient aceste erori și permit scalarea hardware -ului de nouă ori mai eficient decât este posibil anterior.
Noul sistem, numit „Starling”, va folosi 200 de qubit -uri logice – format din aproximativ 10.000 de qubits fizice. Aceasta va fi urmată de o mașină numită „Blue Jay”, care va folosi 2.000 de qubit -uri logice, în 2033.
Noua cercetare, care încă nu a fost revizuită de la egal la egal, descrie codurile de verificare a parității cu densitate joasă (LDPC) ale IBM-A-un Paradigmă nouă de toleranță la erori Că cercetătorii spun că va permite hardware -ului cuantic al computerului să se extindă dincolo de limitările anterioare.
„Știința a fost rezolvată” pentru calcularea cuantică extinsă de toleranță la erori, Jay GambettaA declarat vicepreședintele IBM al operațiunilor cuantice, a declarat Live Science. Aceasta înseamnă că extinderea calculatoarelor cuantice este acum doar o provocare inginerească, mai degrabă decât un obstacol științific, a adăugat Gambetta.
În timp ce computerele cuantice există astăzi, sunt capabile doar să depășească sistemele de calcul clasice (cele care folosesc calcule binare) pe probleme personalizate care sunt concepute doar pentru a -și testa potențialul.
Una dintre cele mai mari obstacole la Supremația cuanticăsau avantaj cuantic a fost în scalare Unități de procesare cuantică (Qpus).
Pe măsură ce oamenii de știință adaugă mai multe qubits la procesoare, erorile din calculele efectuate de QPU se adaugă. Acest lucru se datorează faptului că qubit -urile sunt în mod inerent „zgomotoase” și erorile apar mai frecvent decât în biți clasici. Din acest motiv, cercetările în domeniu s -au concentrat în mare măsură pe Corecția cuantică a erorilor (QEC).
Drumul către toleranța la erori
Corecția erorilor este O provocare fundamentală pentru toate sistemele de calcul. În calculatoarele clasice, bițiile binare pot trece accidental de la unul la un zero și invers. Aceste erori pot compune și reda calculele incomplete sau le pot face să eșueze în întregime.
Qubiturile utilizate pentru efectuarea calculelor cuantice sunt mult mai sensibile la erori decât omologii lor clasici datorită complexității adăugate a Mecanica cuantică. Spre deosebire de biți binari, qubit -urile poartă „informații de fază suplimentare”.
În timp ce acest lucru le permite să efectueze calcule folosind informații cuantice, aceasta face ca sarcina de corecție a erorilor să fie mult mai dificilă.
Până acum, oamenii de știință nu erau siguri exact cum să scalce calculatoarele cuantice de la câteva sute de qubit -uri utilizate de modelele de astăzi la sutele de milioane de care teoretic au nevoie pentru a le face în general utile.
Dar dezvoltarea LDPC și aplicarea sa de succes pe sistemele existente este catalizatorul schimbării, a spus Gambetta.
Codurile LDPC folosesc un set de verificări pentru a detecta și corecta erorile. Acest lucru duce la implicarea unor qubit -uri individuale în mai puține verificări și fiecare verificare care implică mai puține qubits decât paradigmele anterioare.
Avantajul cheie al acestei abordări este o „rată de codificare” îmbunătățită semnificativ îmbunătățită, care este raportul dintre qubit -urile logice și qubiturile fizice necesare pentru a le proteja. Folosind codurile LDPC, IBM își propune să reducă dramatic numărul de qubits fizice necesare pentru a extinde sistemele.
Noua metodă este cu aproximativ 90% mai rapidă la efectuarea atenționării erorilor decât toate tehnicile anterioare, bazate pe IBM cercetare. IBM va încorpora această tehnologie în arhitectura sa QPU Loon, care este succesorul Arhitectură Heron Folosit de computerele cuantice actuale.
Trecerea de la atenuarea erorilor la corectarea erorilor
Se preconizează că Starling va fi capabil de 100 de milioane de operații cuantice folosind 200 de qubit -uri logice. Reprezentanții IBM au spus că acest lucru este aproximativ echivalent cu 10.000 de qubits fizice. Teoretic, Blue Jay va fi capabil de 1 miliard de operații cuantice folosind 2.000 de qubit -uri logice.
Modelele actuale au aproximativ 5.000 de porți (analog la 5.000 de operații cuantice) folosind 156 de qubituri logice. Saltul de la 5.000 de operațiuni la 100 de milioane nu va fi posibil decât prin tehnologii precum LDPC, au declarat reprezentanții IBM într -un comunicat. Alte tehnologii, inclusiv cele Folosit de companii precum Googlenu vor scădea la dimensiunile mai mari necesare pentru a atinge toleranța la erori, au adăugat ei.
Pentru a profita din plin de Starling în 2029 și Blue Jay în 2033, IBM are nevoie de algoritmi și programe construite pentru calculatoare cuantice, a spus Gambetta. Pentru a ajuta cercetătorii să se pregătească pentru sistemele viitoare, IBM a lansat recent Qiskit 2.0un kit de dezvoltare open-source pentru rularea circuitelor cuantice folosind hardware-ul IBM.
“Scopul este de a trece de la atenuarea erorilor la corectarea erorilor,” Blake Johnson, Plumbul cuantic al motorului IBM, a declarat Live Science, adăugând că „calculul cuantic a crescut dintr-un domeniu în care cercetătorii explorează un loc de joacă de hardware cuantic într-un loc în care avem aceste instrumente de calcul cuantice la scară de utilități”.