Quantumrun

KUVAKrediitti:

iStock

Itsekorjautuvat kvanttitietokoneet: virheetön ja vikasietoinen

Tutkijat etsivät tapoja luoda virheettömiä ja vikasietoisia kvanttijärjestelmiä seuraavan sukupolven teknologioiden rakentamiseksi.

Kirjoittaja:
tekijän nimi
Quantumrun Foresight
Helmikuu 14, 2023

Havainnon yhteenveto

Kvanttilaskenta edustaa paradigman muutosta tietokoneiden käsittelyssä. Näillä järjestelmillä on potentiaalia ratkaista muutamassa minuutissa monimutkaisia laskelmia, jotka vaativat klassisilta tietokoneilta vuosia, joskus vuosisatoja. Ensimmäinen askel kvanttiteknologioiden täyden potentiaalin mahdollistamiseksi on kuitenkin varmistaa, että ne pystyvät itse korjaamaan tuotoksensa.

Itseään korjaava kvanttilaskennan konteksti

Vuonna 2019 Google Sycamore -siru, joka sisältää 54 kubittia, pystyi suorittamaan laskelman 200 sekunnissa, mikä tavallisesti kestäisi perinteisellä tietokoneella 10,000 XNUMX vuotta. Tämä saavutus oli Googlen kvanttiylivallan katalysaattori, ja se sai maailmanlaajuista tunnustusta suurena läpimurtona kvanttilaskennassa. Myöhemmin tämä on synnyttänyt lisää tutkimusta ja edistystä alalla.

Vuonna 2021 Sycamore otti toisen askeleen eteenpäin osoittamalla, että se voi korjata laskentavirheet. Itse prosessi toi kuitenkin myöhemmin uusia virheitä. Kvanttilaskennan tavallinen ongelma on, että niiden laskelmien tarkkuusaste on edelleen puutteellinen verrattuna klassisiin järjestelmiin.

Tietokoneet, jotka käyttävät bittejä (binäärinumeroita, jotka ovat pienin tietokonedatan yksikkö), joissa on kaksi mahdollista tilaa (0 ja 1) tietojen tallentamiseen, on varustettu virheenkorjauksella vakioominaisuutena. Kun bitistä tulee 0 arvon 1 sijasta tai päinvastoin, tämän tyyppinen virhe voidaan havaita ja korjata.

Kvanttilaskennan haaste on monimutkaisempi, koska jokainen kvanttibitti eli kubitti on olemassa samanaikaisesti tilassa 0 ja 1. Jos yrität mitata niiden arvoa, tiedot menetetään. Pitkäaikainen mahdollinen ratkaisu on ollut useiden fyysisten kubittien ryhmittäminen yhdeksi "loogiseksi kubitiksi" (kvanttialgoritmeilla ohjatut kubitit). Vaikka loogisia kubitteja on ollut aiemminkin, niitä ei käytetty virheiden korjaamiseen.

Häiritsevä vaikutus

Useat tutkimuslaitokset ja tekoälylaboratoriot ovat tutkineet kuinka tehdä loogisia kubitteja, jotka voivat korjata itsensä. Esimerkiksi yhdysvaltalainen Duke University ja Joint Quantum Institute loivat vuonna 2021 yhtenä yksikkönä toimivan loogisen kubitin. Kvanttivirheenkorjauskoodiin perustuvalla viat voidaan havaita ja korjata helpommin. Lisäksi tiimi teki qubitistä vikasietoisen, jotta se sisältäisi mainittujen virheiden negatiiviset vaikutukset. Tämä tulos oli ensimmäinen kerta, kun looginen kubitti osoitettiin luotettavammaksi kuin mikään muu vaadittu vaihe sen luomisessa.

Marylandin yliopiston ioniloukkujärjestelmän avulla tiimi pystyi jäähdyttämään jopa 32 yksittäistä atomia lasereilla ennen kuin ne ripustettiin sirulle elektrodien päälle. Käsittelemällä jokaista atomia lasereilla he pystyivät käyttämään sitä kubittina. Tutkijat ovat osoittaneet, että innovatiiviset mallit voivat vapauttaa kvanttilaskentaa sen nykyisestä virhetilasta yhden päivän aikana. Vikasietoiset loogiset kubitit voivat kiertää nykyisten kubittien puutteet ja voivat olla luotettavien kvanttitietokoneiden selkäranka tosielämän sovelluksiin.

Ilman itsekorjautuvia tai itsekorjautuvia kvanttitietokoneita olisi mahdotonta tehdä tekoälyjärjestelmiä, jotka ovat tarkkoja, läpinäkyviä ja eettisiä. Nämä algoritmit vaativat suuria tietomääriä ja laskentatehoa hyödyntääkseen potentiaaliaan, mukaan lukien tehdäkseen itsenäisistä ajoneuvoista turvallisia ja digitaalisia kaksosia, jotka voivat tukea esineiden Internet (IoT) -laitteita.

Itseään korjaavan kvanttilaskennan vaikutukset

Itsekorjautuvaan kvanttilaskentaan tehtyjen investointien laajempia vaikutuksia voivat olla:

Kehitetään kvanttijärjestelmiä, jotka voivat käsitellä suurempia määriä dataa ja havaita virheitä reaaliajassa.
Tutkijat kehittävät autonomisia kvanttijärjestelmiä, jotka eivät vain pysty korjaamaan itseään, vaan myös testaavat itseään.
Lisääntynyt rahoitus kvanttitutkimukseen ja mikrosirujen kehittämiseen sellaisten tietokoneiden luomiseksi, jotka voivat käsitellä miljardeja tietoja mutta jotka vaativat vähemmän energiaa.
Kvanttitietokoneet, jotka tukevat luotettavasti monimutkaisempia prosesseja, mukaan lukien liikenneverkot ja täysin automatisoidut tehtaat.
Kvanttilaskennan täysi teollinen sovellus kaikilla aloilla. Tämä skenaario tulee mahdolliseksi vasta, kun yritykset ovat tarpeeksi varmoja kvanttilaskennan tulosten tarkkuudesta ohjatakseen päätöksentekoa tai käyttääkseen arvojärjestelmiä.