Selfherstellende kwantumrekenaars: Foutvry en foutverdraagsaam

• Author:
• Author naam

  Quantumrun Foresight
• 14 Februarie 2023

Insig opsomming

Kwantumberekening verteenwoordig 'n paradigmaskuif in rekenaarverwerking. Hierdie stelsels het die potensiaal om komplekse berekeninge in 'n kwessie van minute op te los wat klassieke rekenaars jare, soms eeue, sou neem om te bereik. Die eerste stap om die volle potensiaal van kwantumtegnologieë moontlik te maak, is egter om te verseker dat hulle hul uitsette self kan herstel.

Selfherstellende kwantumrekenaarkonteks

In 2019 kon die Google Sycamore-skyfie, wat 54 qubits bevat, 'n berekening in 200 sekondes uitvoer wat normaalweg 'n klassieke rekenaar 10,000 XNUMX jaar sou neem om te voltooi. Hierdie prestasie was die katalisator van Google se kwantumoorheersing, wat wêreldwye erkenning ontvang het as 'n groot deurbraak in kwantumrekenaarkunde. Gevolglik het dit verdere navorsing en vooruitgang binne die veld tot gevolg gehad.

In 2021 het Sycamore nog 'n stap vorentoe geneem deur te demonstreer dat dit rekenaarfoute kan regstel. Die proses self het egter daarna nuwe foute ingebring. 'n Gewone probleem in kwantumberekening is dat hul berekeninge se akkuraatheidsyfers steeds ontbreek in vergelyking met klassieke stelsels. 

Rekenaars wat bisse (binêre syfers, wat die kleinste eenheid van rekenaardata is) met twee moontlike toestande (0 en 1) gebruik om data te stoor, is toegerus met foutkorreksie as 'n standaardkenmerk. Wanneer 'n bietjie 0 word in plaas van 1 of omgekeerd, kan hierdie tipe fout vasgevang en reggestel word.

Die uitdaging in kwantumberekening is meer ingewikkeld aangesien elke kwantumbis, of kwantumbit, gelyktydig in 'n toestand van 0 en 1 bestaan. As jy probeer om hul waarde te meet, sal die data verlore gaan. 'n Langdurige potensiële oplossing was om baie fisiese kwbits in een "logiese kwbits" (qubits wat deur kwantumalgoritmes beheer word) te groepeer. Alhoewel logiese qubits voorheen bestaan ​​het, is hulle nie vir foutkorreksie gebruik nie.

Ontwrigtende impak

Verskeie navorsingsinstellings en KI-laboratoriums het bestudeer hoe om logiese qubits te maak wat self kan regstel. Byvoorbeeld, die VSA-gebaseerde Duke University en Joint Quantum Institute het 'n logiese qubit geskep wat as 'n enkele eenheid funksioneer in 2021. Deur dit op 'n kwantumfoutkorreksiekode te baseer, kan foute makliker opgespoor en reggestel word. Daarbenewens het die span die qubit foutverdraagsaam gemaak om enige negatiewe gevolge van genoemde foute te bevat. Hierdie resultaat was die eerste keer dat 'n logiese kwbit meer betroubaar is as enige ander vereiste stap in die skepping daarvan.

Deur die Universiteit van Maryland se ioonvangstelsel te gebruik, kon die span tot 32 individuele atome met lasers afkoel voordat hulle oor elektrodes op 'n skyfie opgehang is. Deur elke atoom met lasers te manipuleer, kon hulle dit as 'n qubit gebruik. Die navorsers het getoon dat innoverende ontwerpe kwantumrekenaarkunde eendag kan bevry van die huidige toestand van foute. Foutverdraagsame logiese qubits kan die foute in kontemporêre qubits omseil en kan die ruggraat wees van betroubare kwantumrekenaars vir werklike toepassings.

Sonder selfkorrigerende of selfherstellende kwantumrekenaars, sou dit onmoontlik wees om kunsmatige intelligensie (KI) stelsels te maak wat akkuraat, deursigtig en eties is. Hierdie algoritmes vereis groot hoeveelhede data en rekenaarkrag om hul potensiaal te verwesenlik, insluitend om outonome voertuie veilig te maak en digitale tweelinge wat Internet of Things (IoT) toestelle kan ondersteun.

Implikasies van selfherstellende kwantumberekening

Wyer implikasies van beleggings in selfherstellende kwantumrekenaars kan die volgende insluit: 

• Die ontwikkeling van kwantumstelsels wat groter volumes data kan verwerk terwyl foute intyds opspoor.
• Navorsers ontwikkel outonome kwantumstelsels wat nie net selfherstel nie, maar selftoets.
• Verhoogde befondsing in kwantumnavorsing en ontwikkeling van mikroskyfies om rekenaars te skep wat miljarde inligting kan verwerk, maar minder energie benodig.
• Kwantumrekenaars wat meer komplekse prosesse betroubaar kan ondersteun, insluitend verkeersnetwerke en ten volle outomatiese fabrieke.
• Die volledige industriële toepassing van kwantumberekening in alle sektore. Hierdie scenario sal eers moontlik word sodra maatskappye vol vertroue genoeg voel in die akkuraatheid van kwantumrekenaaruitsette om die besluitneming te lei of om hoëwaardestelsels te bedryf.

Vrae om te oorweeg

• Wat is die ander potensiële voordele van stabiele kwantumrekenaars?
• Hoe kan sulke tegnologieë jou werk in die toekoms beïnvloed?