Calculatoare cuantice poate depăși cele mai rapide computere clasice ale noastre în domenii foarte specifice, sugerează un experiment inovator.
Cercetătorii Google Quantum AI au descoperit o „fază complexă din punct de vedere computațional”, care poate fi realizată cu existența unități de procesare cuantică (QPU), cunoscute și sub numele de procesoare cuantice.
Aceasta înseamnă că atunci când calculatoarele cuantice intră în această „fază slabă de zgomot” specifică, ele pot efectua calcule complexe din punct de vedere computațional care depășesc performanța cele mai rapide supercalculatoare. Cercetarea — care a fost condusă de Alexis Morvanun cercetător în calcul cuantic la Google — a fost publicat pe 9 octombrie în jurnal Natură.
„Ne concentrăm pe dezvoltarea de aplicații practice pentru calculatoarele cuantice care nu pot fi realizate pe un computer clasic”, au declarat reprezentanții Google Quantum AI pentru Live Science într-un e-mail. „Această cercetare este un pas semnificativ în această direcție. Următoarea noastră provocare este să demonstrăm o aplicație „dincolo de clasic” cu impact în lumea reală”.
Cu toate acestea, datele produse de calculatoarele cuantice sunt încă zgomotoase, ceea ce înseamnă că trebuie să facă încă o „corecție a erorilor” cuantică destul de intensivă, pe măsură ce numărul de qubiți crește, pentru ca qubiții să rămână în „faza de zgomot slab”, au adăugat ei.
Înrudit: Istoria calculului cuantic: 12 momente cheie care au modelat viitorul computerelor
Qubitscare sunt încorporate în QPU, se bazează pe principiile lui mecanica cuantică pentru a rula calcule în paralel, în timp ce biții de calcul clasici pot procesa date numai în secvență. Cu cât sunt mai mulți qubiți pe un QPU, cu atât o mașină devine mai puternică exponențial. Datorită acestor capacități de procesare paralelă, calculele care ar dura mii de ani pentru efectuarea unui computer clasic ar putea fi realizate de un computer cuantic în câteva secunde.
Dar qubiții sunt „zgomotoși”, adică sunt foarte sensibili și predispuși la eșec din cauza interferențelor; aproximativ 1 din 100 de qubiți eșueazăcontra 1 la 1 miliard, miliarde de biți. Exemplele includ perturbările de mediu, cum ar fi schimbările de temperatură, câmpurile magnetice sau chiar radiațiile din spațiu.
Această rată mare de eroare înseamnă că pentru a obține „supremația cuantică”, ai avea nevoie de tehnologii de corectare a erorilor extrem de competente – care încă nu există – sau de un computer cuantic cu milioane de qubiți. Scalarea computerelor cuantice nu este ușoară, cu cei mai mulți qubiți într-un o singură mașină este astăzi la aproximativ 1.000.
Dar noul experiment condus de oamenii de știință Google sugerează că computerele cuantice pot rezista nivelurilor actuale de zgomot și pot depăși computerele clasice în calcule specifice. Cu toate acestea, corectarea erorilor poate fi încă necesară atunci când mașinile se extind.
Oamenii de știință au folosit o metodă cunoscută sub numele de eșantionare aleatoare a circuitelor (RCS) pentru a testa fidelitatea unei rețele 2D de qubiți supraconductori, care sunt unul dintre cele mai comune tipuri de qubiți și sunt fabricați dintr-un metal supraconductor suspendat la temperaturi apropiate de zero absolut. RCS este un etalon de referință care măsoară performanța unui computer cuantic în comparație cu cea a unui supercomputer clasic și este cel mai greu de realizat pe un computer cuantic, au spus oamenii de știință.
Experimentele au arătat că qubiții de lucru pot trece între o primă fază și o a doua fază, numită „fază de zgomot slab”, prin declanșarea anumitor condiții. În experimente, oamenii de știință au crescut artificial zgomotul sau au încetinit răspândirea corelații cuantice. În această a doua „fază de zgomot slab”, calculul a fost suficient de complex încât au ajuns la concluzia că un computer cuantic ar putea depăși un computer clasic. Au demonstrat acest lucru pe cipul Sycamore de 67 de qubiți al Google.
„Acesta este un punct de referință în călătoria pentru a ajunge la aplicațiile din lumea reală sau dincolo de aplicațiile comerciale clasice”, au spus reprezentanții Google Quantum AI. “Acele aplicații nu ar trebui să fie replicabile pe un computer clasic. Rezultatele noastre în cadrul acestei cercetări reprezintă un pas semnificativ în această direcție. Dacă nu puteți câștiga la benchmark-ul RCS, nu puteți câștiga cu nimic altceva.”