Pašlabojoši kvantu datori: bez kļūdām un izturīgi pret defektiem

• Autors:
• Autors nosaukums

  Quantumrun Foresight
• Februāris 14, 2023

Ieskata kopsavilkums

Kvantu skaitļošana ir paradigmas maiņa datoru apstrādē. Šīm sistēmām ir iespēja dažu minūšu laikā atrisināt sarežģītus aprēķinus, kuru veikšanai klasiskajiem datoriem būtu vajadzīgi gadi, dažreiz gadsimti. Tomēr pirmais solis, lai pilnībā izmantotu kvantu tehnoloģiju potenciālu, ir nodrošināt, ka tās var paši labot savus rezultātus.

Pašlabojošs kvantu skaitļošanas konteksts

2019. gadā Google Sycamore mikroshēma, kas satur 54 kubitus, spēja veikt aprēķinu 200 sekundēs, kas parasti klasiskajam datoram prasītu 10,000 XNUMX gadu. Šis sasniegums bija Google kvantu pārākuma katalizators, kas visā pasaulē tika atzīts par nozīmīgu izrāvienu kvantu skaitļošanā. Pēc tam tas ir veicinājis turpmākus pētījumus un sasniegumus šajā jomā.

2021. gadā Sycamore spēra vēl vienu soli uz priekšu, parādot, ka tas var labot skaitļošanas kļūdas. Tomēr pats process vēlāk radīja jaunas kļūdas. Parastā kvantu skaitļošanas problēma ir tā, ka salīdzinājumā ar klasiskajām sistēmām joprojām trūkst aprēķinu precizitātes. 

Datori, kas datu glabāšanai izmanto bitus (bināros ciparus, kas ir mazākā datora datu vienība) ar diviem iespējamiem stāvokļiem (0 un 1), ir aprīkoti ar kļūdu labošanu kā standarta funkciju. Kad bits kļūst par 0, nevis 1, vai otrādi, šāda veida kļūdas var pieķert un labot.

Izaicinājums kvantu skaitļošanā ir sarežģītāks, jo katrs kvantu bits jeb kubits vienlaikus pastāv 0 un 1 stāvoklī. Ja mēģināsit izmērīt to vērtību, dati tiks zaudēti. Ilgstošs potenciāls risinājums ir bijis daudzu fizisko kubitu grupēšana vienā “loģiskajā kubitā” (kubitos, kurus kontrolē kvantu algoritmi). Lai gan loģiskie kubiti ir pastāvējuši iepriekš, tie netika izmantoti kļūdu labošanai.

Traucējoša ietekme

Vairākas pētniecības iestādes un mākslīgā intelekta laboratorijas ir pētījušas, kā izveidot loģiskus kubitus, kas var sevi labot. Piemēram, ASV bāzētā Djūka universitāte un Apvienotais kvantu institūts 2021. gadā izveidoja loģisku kubitu, kas darbojas kā viena vienība. Pamatojoties uz kvantu kļūdu labošanas kodu, kļūdas var vieglāk atklāt un labot. Turklāt komanda padarīja qubit izturīgu pret defektiem, lai ietvertu jebkādas negatīvas sekas no minētajām kļūdām. Šis rezultāts bija pirmā reize, kad tika pierādīts, ka loģiskais kubits ir uzticamāks par jebkuru citu nepieciešamo darbību tā izveidē.

Izmantojot Merilendas Universitātes jonu slazdu sistēmu, komanda spēja atdzesēt līdz 32 atsevišķiem atomiem ar lāzeriem, pirms tie tika suspendēti virs mikroshēmas elektrodiem. Manipulējot ar katru atomu ar lāzeriem, viņi to varēja izmantot kā kubitu. Pētnieki ir pierādījuši, ka inovatīvi dizaini var vienas dienas laikā atbrīvot kvantu skaitļošanu no pašreizējā kļūdu stāvokļa. Pret defektiem izturīgi loģiskie kubiti var novērst mūsdienu kubitu trūkumus un var būt uzticamu kvantu datoru mugurkauls reālās pasaules lietojumprogrammām.

Bez pašlabojošiem vai pašlabojošiem kvantu datoriem nebūtu iespējams izveidot precīzas, caurspīdīgas un ētiskas mākslīgā intelekta (AI) sistēmas. Šiem algoritmiem ir nepieciešams liels datu apjoms un skaitļošanas jauda, ​​lai īstenotu savu potenciālu, tostarp padarītu autonomus transportlīdzekļus drošus un digitālos dvīņus, kas var atbalstīt lietiskā interneta (IoT) ierīces.

Pašlabojošās kvantu skaitļošanas sekas

Plašāka ietekme uz ieguldījumiem kvantu skaitļošanas pašremontēšanā var ietvert: 

• Kvantu sistēmu izstrāde, kas var apstrādāt lielāku datu apjomu, vienlaikus uztverot kļūdas reāllaikā.
• Pētnieki izstrādā autonomas kvantu sistēmas, kuras var ne tikai pašas labot, bet arī pašam pārbaudīt.
• Palielināts finansējums kvantu pētniecībai un mikroshēmu izstrādei, lai radītu datorus, kas spēj apstrādāt miljardus informācijas, bet prasa mazāk enerģijas.
• Kvantu datori, kas var droši atbalstīt sarežģītākus procesus, tostarp satiksmes tīklus un pilnībā automatizētas rūpnīcas.
• Pilnīgs kvantu skaitļošanas rūpnieciskais pielietojums visās nozarēs. Šis scenārijs kļūs iespējams tikai tad, kad uzņēmumi jutīsies pietiekami pārliecināti par kvantu skaitļošanas rezultātu precizitāti, lai vadītu lēmumu pieņemšanu vai darbinātu augstas vērtības sistēmas.

Jautājumi, kas jāapsver

• Kādas ir citas stabilu kvantu datoru iespējamās priekšrocības?
• Kā šādas tehnoloģijas varētu ietekmēt jūsu darbu nākotnē?