Oamenii de știință de la Google au creat un nou procesor cuantic care, în cinci minute, a rezolvat o problemă care i-ar fi luat cel mai bun supercomputer din lume 10 septilioane de ani pentru a fi rezolvată. Descoperirea va permite calculatoarelor cuantice să devină mai puțin predispuse la erori cu cât devin mai mari, atingând o etapă care depășește un obstacol de zeci de ani.
Calculatoare cuantice sunt în mod inerent „zgomotoase”, ceea ce înseamnă că, fără tehnologii de corectare a erorilor, fiecare din 1.000 qubiți — elementele fundamentale ale unui calculator quan — eșuează.
De asemenea, înseamnă că timpii de coerență (cât timp pot rămâne qubiții într-o suprapunere, astfel încât să poată procesa calculele în paralel) rămân scurti. Prin contrast, fiecare unul din 1 miliard de miliard de biți eșuează în calculatoarele convenționale.
Această rată mare de eroare este una dintre barierele cheie în calea extinderii acestor mașini, astfel încât acestea să fie suficient de bune pentru a funcționa mult mai bine decât cele mai rapide supercomputere. Acesta este motivul pentru care cercetarea s-a concentrat pe construirea de computere cuantice cu qubiți mai buni și mai puțin predispuși la erori – nu doar mai mulți.
Google spune că este nou unitate de procesare cuantică (QPU)numit „Willow”, este primul din lume care a obținut rezultate „sub prag” – o piatră de hotar subliniată de un informatician Peter Shor într-o lucrare din 1995. Echipa a subliniat tehnologia într-un studiu publicat pe 9 decembrie în jurnal Natură.
A rezolva o problemă stabilită cu zeci de ani în urmă
Descoperirea – atingerea acestui reper „sub prag” – înseamnă că erorile dintr-un computer cuantic se vor reduce exponențial pe măsură ce adăugați mai multe elemente fizice qubiți. Acesta trasează o cale pentru extinderea mașinilor cuantice în viitor.
Tehnologia se bazează pe qubiți logici. Acesta este un qubit codificat folosind o colecție de qubiți fizici într-o formațiune de rețea. Toți qubiții fizici dintr-un singur qubit logic împărtășesc aceleași date, adică dacă vreun qubit eșuează, calculele continuă, deoarece informațiile pot fi găsite în continuare în qubitul logic.
Oamenii de știință de la Google au construit qubits suficient de fiabili pentru reducerea exponențială a erorilor, făcând mai multe schimbări. Au îmbunătățit protocoalele de calibrare, au îmbunătățit tehnicile de învățare automată pentru a identifica erorile și au îmbunătățit metodele de fabricare a dispozitivelor. Cel mai important, au îmbunătățit timpii de coerență, păstrând în același timp capacitatea de a regla qubiții fizici pentru a obține cea mai bună performanță.
„Ceea ce am reușit să facem în corecția erorilor cuantice este o etapă cu adevărat importantă – pentru comunitatea științifică și pentru viitorul calculului cuantic – care este [to] arată că putem realiza un sistem care funcționează sub pragul de corectare a erorilor cuantice”, Julian Kellydirectorul hardware cuantic al Google Quantum AI, a declarat pentru Live Science.
Această sarcină dificilă necesită eliminarea mai multor erori dintr-un sistem decât sunt introduse. Sub acest prag, oamenii de știință pot mări un computer cuantic pentru a fi din ce în ce mai mare, iar erorile vor continua să scadă, a explicat Kelly.
„Aceasta a fost o provocare extraordinară timp de 30 de ani – de când ideea de corectare a erorilor cuantice a fost concepută la mijlocul anilor 90”, a spus Kelly.
Rezultate uluitoare pentru calculul cuantic
Cercetătorii Google au testat Willow în comparație cu benchmark-ul de eșantionare în circuit aleatoriu (RCS), care este acum o măsură standard pentru evaluarea cipurilor de calcul cuantic. În aceste teste, Willow a efectuat un calcul în mai puțin de cinci minute care ar fi durat cele mai rapide supercalculatoare din ziua de azi 10 septlioane de ani. Aceasta este aproape de un cvadrilion de ori mai mare decât vârsta universului.
Prima ediție a Willow QPU poate atinge, de asemenea, un timp de coerență de aproape 100 de microsecunde – care este de cinci ori mai bun decât afișarea de la precedentul cip Sycamore de la Google.
Google a anunțat prima dată asta Sycamore a depășit standardul RCS în 2019când oamenii de știință au folosit cipul pentru a rezolva o problemă care i-ar fi trebuit unui supercomputer clasic 10.000 de ani să o calculeze. În iulie, un nou computer cuantic construit de Quantinuum a doborât acel record de 100 de ori.
Apoi, în octombrie, Google a anunțat din nou că a făcut-o a descoperit o nouă „fază cuantică” atunci când utilizați Sycamore pentru a procesa calcule, ceea ce înseamnă că cele mai bune QPU-uri de astăzi pot depăși cele mai rapide supercomputere în aplicații practice pentru prima dată.
„Timpurile de coerență sunt acum mult mai mari decât înainte și ne traducem imediat prin reducerea practic a tuturor ratelor de eroare a operațiunii fizice cu aproximativ un factor de doi”, a spus Kelly.
„Așadar, toți qubiții de bază s-au îmbunătățit la tot ceea ce fac cu aproximativ un factor de doi. Dacă te uiți la rata de eroare logică dintre acest nou procesor și Sycamore, există o diferență de aproximativ 20 de factori – și asta vine din extindere, dar de asemenea, împingând sub prag.”
Privind dincolo de „sub prag”
Oamenii de știință Google își propun acum să demonstreze calcule utile și practice pentru cipurile cuantice de astăzi, în loc să se bazeze pe benchmarking.
În trecut, echipa a efectuat simulări ale sistemelor cuantice care au condus la descoperiri și descoperiri științifice, a spus Kelly pentru Live Science.
Un exemplu include descoperirea abaterilor de la legile presupuse ale fizicii. Dar aceste rezultate erau încă la îndemâna celor mai puternice computere clasice.
Apoi, echipa vrea să creeze un „qubit logic foarte, foarte bun” cu o rată de eroare de unul la 1 milion. Pentru a construi acest lucru, ar trebui să îmbine 1.457 de qubiți fizici, au spus ei.
Acest tărâm este o provocare, deoarece este imposibil să ajungi acolo folosind doar hardware fizic – ai avea nevoie de tehnologie de corectare a erorilor stratificată deasupra. Oamenii de știință vor apoi să conecteze qubiții logici împreună pentru a avea performanțe mai bune decât supercalculatoarele în benchmarking, precum și în scenarii din lumea reală.
Comentarii recente