Quantumrun

PILDIKrediit:

iStock

Iseparanevad kvantarvutid: veavabad ja tõrkekindlad

Teadlased otsivad võimalusi luua veatuid ja tõrketaluvaid kvantsüsteeme, et luua järgmise põlvkonna tehnoloogiaid.

Autor:
autori nimi
Quantumrun Foresight
Veebruar 14, 2023

Ülevaate kokkuvõte

Kvantarvutus kujutab endast paradigma muutust arvutitöötluses. Need süsteemid suudavad mõne minutiga lahendada keerulisi arvutusi, mille tegemiseks kuluks klassikalistel arvutitel aastaid, mõnikord sajandeid. Esimene samm kvanttehnoloogiate täieliku potentsiaali võimaldamisel on aga tagada, et nad suudavad oma väljundeid ise parandada.

Iseparanev kvantarvutuse kontekst

2019. aastal suutis 54 kubitist Google Sycamore'i kiip teha arvutuse 200 sekundiga, mille valmimiseks kuluks klassikalisel arvutil tavaliselt 10,000 XNUMX aastat. See saavutus oli Google'i kvantülemvõimu katalüsaator, pälvides ülemaailmse tunnustuse kui suure läbimurde kvantarvutuses. Hiljem on see toonud kaasa täiendavaid uuringuid ja edusamme selles valdkonnas.

2021. aastal astus Sycamore veel ühe sammu edasi, näidates, et suudab arvutusvigu parandada. Kuid protsess ise tekitas hiljem uusi vigu. Tavaline probleem kvantarvutuses on see, et nende arvutuste täpsus on endiselt puudulik võrreldes klassikaliste süsteemidega.

Arvutid, mis kasutavad andmete salvestamiseks kahe võimaliku olekuga (0 ja 1) bitte (kahendarvud, mis on arvutiandmete väikseimad ühikud), on standardfunktsioonina varustatud veaparandusega. Kui bitist saab 0 asemel 1 või vastupidi, saab seda tüüpi vead tabada ja parandada.

Kvantarvutuse väljakutse on keerulisem, kuna iga kvantbitt ehk kubit eksisteerib samaaegselt olekus 0 ja 1. Kui proovite mõõta nende väärtust, lähevad andmed kaotsi. Pikaajaline potentsiaalne lahendus on olnud paljude füüsiliste kubitide rühmitamine üheks "loogiliseks kubitiks" (kvantalgoritmidega juhitavad qubitid). Kuigi loogilised kubitid on varem eksisteerinud, ei kasutatud neid vigade parandamiseks.

Häiriv mõju

Mitmed uurimisasutused ja tehisintellekti laborid on uurinud, kuidas luua loogilisi kubite, mida saab ise parandada. Näiteks USA-s asuv Duke'i ülikool ja Joint Quantum Institute lõid 2021. aastal loogilise kubiidi, mis toimib ühtse üksusena. Kvantveaparanduskoodile tuginedes saab rikkeid kergemini tuvastada ja parandada. Lisaks muutis meeskond qubiti tõrketaluvaks, et sisaldada nimetatud vigadest tulenevaid negatiivseid mõjusid. See tulemus oli esimene kord, kui loogiline kubit osutus usaldusväärsemaks kui mis tahes muu vajalik samm selle loomisel.

Kasutades Marylandi ülikooli ioonilõksu süsteemi, suutis meeskond jahutada laseritega kuni 32 üksikut aatomit, enne kui riputas need kiibile elektroodide kohale. Iga aatomiga laseritega manipuleerides said nad seda kasutada kubitina. Teadlased on näidanud, et uuenduslikud disainilahendused võivad ühe päeva jooksul vabastada kvantarvutuse selle praegusest vigadest. Veataluvad loogilised kubitid võivad lahendada tänapäevaste kubitite vigu ja olla reaalmaailma rakenduste jaoks töökindlate kvantarvutite selgroog.

Ilma isekorrigeerivate või iseparanevate kvantarvutiteta oleks võimatu teha tehisintellekti (AI) süsteeme, mis oleksid täpsed, läbipaistvad ja eetilised. Need algoritmid nõuavad oma potentsiaali realiseerimiseks suuri andmemahtu ja arvutusvõimsust, sealhulgas autonoomsete sõidukite turvaliseks muutmiseks ja digitaalseks kaksikuteks, mis toetavad asjade Interneti (IoT) seadmeid.

Iseparaneva kvantandmetöötluse tagajärjed

Eneseparandusse kvantandmetöötlusse tehtavate investeeringute laiemad tagajärjed võivad hõlmata järgmist:

Kvantsüsteemide arendamine, mis suudavad töödelda suuremaid andmemahtusid, tuvastades samal ajal reaalajas vigu.
Teadlased töötavad välja autonoomseid kvantsüsteeme, mis mitte ainult ei suuda end parandada, vaid ka ise testida.
Kvantuuringute ja mikrokiipide arendamise rahastamise suurendamine, et luua arvuteid, mis suudavad töödelda miljardeid teavet, kuid nõuavad vähem energiat.
Kvantarvutid, mis toetavad usaldusväärselt keerukamaid protsesse, sealhulgas liiklusvõrke ja täielikult automatiseeritud tehaseid.
Kvantarvutite täielik tööstuslik rakendamine kõigis sektorites. See stsenaarium saab võimalikuks alles siis, kui ettevõtted tunnevad end piisavalt kindlalt kvantarvutuse väljundite täpsuses, et suunata otsustusprotsessi või kasutada kõrge väärtusega süsteeme.