თვითშეკეთება კვანტური კომპიუტერები: შეცდომების გარეშე და დეფექტების შემწყნარებლობა

• ავტორი:
• ავტორის სახელი

  Quantumrun Foresight
• თებერვალი 14, 2023

Insight რეზიუმე

კვანტური გამოთვლა წარმოადგენს პარადიგმის ცვლილებას კომპიუტერულ დამუშავებაში. ამ სისტემებს აქვთ რთული გამოთვლების ამოხსნის პოტენციალი რამდენიმე წუთში, რაც კლასიკურ კომპიუტერებს წლები, ზოგჯერ საუკუნეები დასჭირდება. თუმცა, პირველი ნაბიჯი კვანტური ტექნოლოგიების სრული პოტენციალის გასააქტიურებლად არის იმის უზრუნველყოფა, რომ მათ შეუძლიათ საკუთარი შედეგების შეკეთება.

თვითშეკეთება კვანტური გამოთვლითი კონტექსტი

2019 წელს Google Sycamore ჩიპმა, რომელიც შეიცავს 54 კუბიტს, შეძლო გამოთვლების შესრულება 200 წამში, რომლის დასრულებას ჩვეულებრივ 10,000 წელი დასჭირდება კლასიკურ კომპიუტერს. ეს მიღწევა იყო Google-ის კვანტური უზენაესობის კატალიზატორი, რომელმაც მიიღო მსოფლიო აღიარება, როგორც კვანტური გამოთვლის მთავარი მიღწევა. შემდგომში, ამან გამოიწვია შემდგომი კვლევა და წინსვლა სფეროში.

2021 წელს Sycamore-მა კიდევ ერთი ნაბიჯი გადადგა წინ და აჩვენა, რომ მას შეუძლია გამოთვლების შეცდომების გამოსწორება. თუმცა, თავად პროცესმა შემდგომში ახალი შეცდომები შემოიღო. კვანტურ გამოთვლებში ჩვეულებრივი პრობლემა ის არის, რომ მათი გამოთვლების სიზუსტის მაჩვენებელი ჯერ კიდევ აკლია კლასიკურ სისტემებთან შედარებით. 

კომპიუტერები, რომლებიც იყენებენ ბიტებს (ორობითი ციფრები, რომლებიც კომპიუტერული მონაცემების უმცირესი ერთეულია) ორი შესაძლო მდგომარეობით (0 და 1) მონაცემების შესანახად, აღჭურვილია შეცდომის კორექტირებით, როგორც სტანდარტული ფუნქცია. როდესაც ბიტი 0-ის ნაცვლად ხდება 1 ან პირიქით, ამ ტიპის შეცდომის დაჭერა და გამოსწორება შესაძლებელია.

კვანტური გამოთვლების გამოწვევა უფრო რთულია, რადგან თითოეული კვანტური ბიტი, ან კუბიტი, ერთდროულად არსებობს 0 და 1 მდგომარეობაში. თუ თქვენ ცდილობთ გაზომოთ მათი მნიშვნელობა, მონაცემები დაიკარგება. დიდი ხნის პოტენციური გამოსავალი იყო მრავალი ფიზიკური კუბიტის დაჯგუფება ერთ „ლოგიკურ კუბიტში“ (კუბიტები, რომლებიც კონტროლდება კვანტური ალგორითმებით). მიუხედავად იმისა, რომ ლოგიკური კუბიტები ადრე არსებობდა, ისინი არ გამოიყენებოდა შეცდომის გამოსწორებისთვის.

დამრღვევი გავლენა

რამდენიმე კვლევითი ინსტიტუტი და ხელოვნური ინტელექტის ლაბორატორია სწავლობს, თუ როგორ უნდა შექმნან ლოგიკური კუბიტები, რომლებსაც შეუძლიათ თვითგამოსწორება. მაგალითად, აშშ-ში დაფუძნებულმა დიუკის უნივერსიტეტმა და ერთობლივმა კვანტურმა ინსტიტუტმა შექმნეს ლოგიკური კუბიტი, რომელიც ფუნქციონირებს როგორც ერთი ერთეული 2021 წელს. მისი კვანტური შეცდომის კორექტირების კოდზე დაფუძნებით, ხარვეზები უფრო ადვილად გამოვლინდება და გამოსწორდება. გარდა ამისა, გუნდმა გახადა კუბიტი შეცდომისადმი ტოლერანტული, რათა შეიცავდეს რაიმე უარყოფით ეფექტს აღნიშნული შეცდომებისგან. ეს შედეგი იყო პირველი შემთხვევა, როდესაც ლოგიკური კუბიტი უფრო საიმედოდ იქნა ნაჩვენები, ვიდრე მისი შექმნის ნებისმიერი სხვა აუცილებელი ნაბიჯი.

მერილენდის უნივერსიტეტის იონ-ხაფანგის სისტემის გამოყენებით, გუნდმა შეძლო 32-მდე ცალკეული ატომის გაციება ლაზერით, სანამ მათ ჩიპზე ელექტროდებზე შეაჩერებდა. თითოეული ატომის ლაზერით მანიპულირებით მათ შეძლეს მისი გამოყენება როგორც კუბიტი. მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ ინოვაციურმა დიზაინებმა შეიძლება გაათავისუფლოს კვანტური გამოთვლები ერთი დღის განმავლობაში არსებული შეცდომებისგან. შეცდომის შემწყნარებელ ლოგიკურ კუბიტებს შეუძლიათ იმუშაონ თანამედროვე კუბიტების ხარვეზებზე და შეიძლება იყოს საიმედო კვანტური კომპიუტერების საფუძველი რეალურ სამყაროში აპლიკაციებისთვის.

თვითშესწორებადი ან თვითშეკეთებული კვანტური კომპიუტერების გარეშე შეუძლებელი იქნება ხელოვნური ინტელექტის (AI) სისტემების შექმნა, რომლებიც ზუსტი, გამჭვირვალე და ეთიკურია. ამ ალგორითმებს დიდი რაოდენობით მონაცემები და გამოთვლითი სიმძლავრე სჭირდება მათი პოტენციალის შესასრულებლად, მათ შორის ავტონომიური მანქანების უსაფრთხო და ციფრული ტყუპების შექმნა, რომლებსაც შეუძლიათ ნივთების ინტერნეტის (IoT) მოწყობილობების მხარდაჭერა.

თვითშეკეთების კვანტური გამოთვლის შედეგები

თვითშეკეთების კვანტურ გამოთვლებში ინვესტიციების უფრო ფართო შედეგები შეიძლება მოიცავდეს: 

• კვანტური სისტემების შემუშავება, რომლებსაც შეუძლიათ უფრო დიდი მოცულობის მონაცემების დამუშავება რეალურ დროში შეცდომების დაფიქსირებისას.
• მკვლევარები ავითარებენ ავტონომიურ კვანტურ სისტემებს, რომლებსაც შეუძლიათ არა მხოლოდ თვითშეკეთება, არამედ თვითშემოწმება.
• გაზრდილი დაფინანსება კვანტურ კვლევებსა და მიკროჩიპების შემუშავებაში კომპიუტერების შესაქმნელად, რომლებსაც შეუძლიათ მილიარდობით ინფორმაციის დამუშავება, მაგრამ ნაკლებ ენერგიას მოითხოვენ.
• კვანტური კომპიუტერები, რომლებსაც შეუძლიათ საიმედოდ უზრუნველყონ უფრო რთული პროცესების მხარდაჭერა, მათ შორის სატრანსპორტო ქსელები და სრულად ავტომატიზირებული ქარხნები.
• კვანტური გამოთვლის სრული ინდუსტრიული გამოყენება ყველა სექტორში. ეს სცენარი შესაძლებელი გახდება მხოლოდ მაშინ, როცა კომპანიები საკმარისად დარწმუნებულნი იქნებიან კვანტური გამოთვლის შედეგების სიზუსტეში, რათა წარმართონ გადაწყვეტილების მიღება ან მაღალი ღირებულების სისტემების ოპერირება.

კითხვები გასათვალისწინებელია

• რა არის სტაბილური კვანტური კომპიუტერების სხვა პოტენციური სარგებელი?
• როგორ შეიძლება გავლენა იქონიოს ასეთმა ტექნოლოგიებმა თქვენს საქმიანობაზე მომავალში?