Google zaprezentował przełomowy prototyp komputera kwantowego, który stanowi kamień milowy w rozwoju możliwości obliczeniowych. Ta nowa maszyna osiąga to, co obecne superkomputery potrzebowałyby dziesięciu septylionów lat – niepojętego okresu przekraczającego wiek wszechświata – wykonując obliczenia w zaledwie pięć minut. To udoskonalenie, ogłoszone w poniedziałek, jest napędzane przez „Willow”, najnowszy układ scalony Google do obliczeń kwantowych.
Willow: Podwojenie liczby kubitów
Układ Willow stanowi ogromny krok naprzód w dziedzinie komputerów kwantowych, podwajając liczbę kubitów, czyli bitów kwantowych, w porównaniu z jego poprzednikiem, Sycamore. Ten wzrost liczby kubitów umożliwił znaczący postęp w redukcji błędów w komputerach kwantowych. Redukcja błędów ma kluczowe znaczenie dla przejścia komputerów kwantowych z konstrukcji teoretycznych do praktycznych urządzeń, które mogą zrewolucjonizować badania naukowe i odkrycia.
Metryki systemu Willow |
|
| Liczba kubitów | 105 |
| Średnia łączność | 3.47
(typowy dla 4 dróg) |
Kwantowa korekcja błędów (Chip 1) |
|
| Błąd bramki pojedynczego kubitu (średni, jednoczesny) | 0.035% ‡ 0.029% |
| Błąd bramki dwukubitowej (średni, jednoczesny) | 0.33% 0.18%
(CZ) |
| Błąd pomiaru (średni, jednoczesny) | 0.77% ‡ 0.21%
(powtarzalny, pomiar kubitów) |
| Resetuj opcje | Reset wielopoziomowy (1) stan i wyżej)
Usuwanie nieszczelności (12) tylko stan) |
| T, czas
(mieć na myśli) |
68 us = 13 us? |
| Cykle korekcji błędów na sekundę | 909,000
(cykl kodu powierzchniowego = 1.1 us) |
| Wydajność aplikacji | ^3,57 = 2.14 0.02 dolara |
Losowe próbkowanie obwodów (Chip 2) |
|
| Błąd bramki pojedynczego kubitu (średni, jednoczesny) | 0.036% ÷ 0.013% |
| Błąd bramki dwukubitowej (średni, jednoczesny) | 0.14% + 0.052%
(podobne do iswap) |
| Błąd pomiaru (średni, jednoczesny) | 0.67% + 0.51% (końcowy, wszystkie kubity) |
| Resetuj opcje | Reset wielopoziomowy (11) stan i wyżej)
Usuwanie nieszczelności (2) tylko stan) |
| T, czas (średnia) | 98 dolarów amerykańskich + 32 dolary amerykańskie |
| Powtórzenia obwodu na sekundę | 63,000 |
| Wydajność aplikacji | Głębokość wierności XEB 40 = 0.1% |
| Szacowany czas na Willow w porównaniu z klasycznym superkomputerem | 5 minut kontra 1025 lat |
Zrozumienie komputerów kwantowych
Komputery kwantowe zasadniczo różnią się od komputerów klasycznych używanych na co dzień. Podczas gdy komputery klasyczne przetwarzają informacje za pomocą tranzystorów, które przełączają się między stanami „1” i „0”, komputery kwantowe opierają się na cząstkach subatomowych, które są manipulowane w stanach kwantowych. Cząstki te, znane jako kubity, wykorzystują dwie kluczowe zasady mechaniki kwantowej:
- Nałożenie:Kubity mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie, zamiast być ograniczone do wartości binarnych. Pozwala to komputerom kwantowym wykonywać obliczenia niepraktyczne dla systemów klasycznych. Google potwierdziło tę możliwość za pomocą testu porównawczego „Random Sampling Circuit”, demonstrując wyższą prędkość swojego komputera kwantowego.
- SplątanieKubity mogą się ze sobą łączyć, tak że stan jednego z nich bezpośrednio wpływa na stan drugiego, niezależnie od odległości. Chociaż dokładny mechanizm splątania pozostaje tajemnicą, jego skuteczność w komputerach kwantowych jest dobrze udokumentowana. Albert Einstein nazwał to zjawisko „upiornym działaniem na odległość”.
Rozwiązywanie problemu błędów
Pomimo ogromnego potencjału, komputery kwantowe stoją przed poważnymi wyzwaniami ze względu na wysoki współczynnik błędów. Kubity są bardzo wrażliwe i podatne na zakłócenia nawet przez drobne zakłócenia, takie jak promieniowanie kosmiczne. Bezpośrednia obserwacja kubitu powoduje kolaps jego stanu kwantowego, przekształcając go w klasyczny bit i negując jego właściwości kwantowe. W związku z tym korekcja błędów w układach kwantowych wymaga pośredniej obserwacji za pomocą innych kubitów.
Wraz ze wzrostem rozmiarów komputerów kwantowych, wskaźniki błędów historycznie rosły, co stanowiło wąskie gardło dla skalowania tych systemów. Jednak dział Quantum AI firmy Google opracował innowacyjną metodę korekcji błędów, która wykładniczo zmniejsza wskaźniki błędów wraz ze wzrostem kubitów. To przełomowe odkrycie stanowi kluczowe osiągnięcie w budowie skalowalnych, praktycznych komputerów kwantowych.
Droga przed nami
Chociaż postępy Google w dziedzinie kwantowej korekcji błędów przybliżają tę dziedzinę do wykorzystania jej potencjału transformacyjnego, wciąż pozostają istotne wyzwania. Skalowanie komputerów kwantowych do rozmiarów operacyjnych będzie wymagało dalszych innowacji. Niemniej jednak, długoterminowe możliwości są ogromne.
Oczekuje się, że komputery kwantowe doprowadzą do przełomów w materiałoznawstwie i biologii, umożliwiając obliczenia na poziomie molekularnym i atomowym, które są nieosiągalne dla komputerów klasycznych. Co więcej, ich zastosowania mogą wykraczać daleko poza znane obecnie przypadki użycia, otwierając nowe, niewyobrażalne możliwości.
Prezentacja przez Google układu Willow i związanych z nim postępów w dziedzinie kwantowej korekcji błędów stanowi monumentalny krok naprzód w dziedzinie komputerów kwantowych. Chociaż praktyczne, wielkoskalowe komputery kwantowe są wciąż na horyzoncie, ten kamień milowy podkreśla potencjał tej technologii w zakresie przekształcania odkryć naukowych i rozwiązywania problemów obliczeniowych, które obecnie są nie do pokonania.
Amazon