Квантни компјутери кои сами се поправаат: без грешки и толерантни за грешки

• автор:
• име на авторот

  Quantumrun Foresight
• Февруари 14, 2023

Резиме на увид

Квантното пресметување претставува промена на парадигмата во компјутерската обработка. Овие системи имаат потенцијал да решат сложени пресметки за неколку минути за кои на класичните компјутери ќе им требаат години, понекогаш и векови, за да се остварат. Сепак, првиот чекор во овозможување на целосниот потенцијал на квантните технологии е да се осигури дека тие можат сами да ги поправаат своите резултати.

Самопоправен контекст на квантно пресметување

Во 2019 година, чипот Google Sycamore, кој содржи 54 кјубити, можеше да изврши пресметка за 200 секунди, за што вообичаено на класичниот компјутер му требаат 10,000 години за да се заврши. Ова достигнување беше катализатор на квантната надмоќ на Google, добивајќи светско признание како голем напредок во квантното пресметување. Последователно, ова предизвика понатамошни истражувања и напредок во оваа област.

Во 2021 година, Sycamore направи уште еден чекор напред демонстрирајќи дека може да ги поправи пресметковните грешки. Сепак, самиот процес воведе нови грешки потоа. Вообичаен проблем во квантното пресметување е тоа што стапките на точност на нивните пресметки сè уште недостасуваат во споредба со класичните системи. 

Компјутерите кои користат битови (бинарни цифри, кои се најмалата единица на компјутерски податоци) со две можни состојби (0 и 1) за складирање на податоци, се опремени со корекција на грешки како стандардна карактеристика. Кога некој бит ќе стане 0 наместо 1 или обратно, овој тип на грешка може да се фати и коригира.

Предизвикот во квантното пресметување е посложен бидејќи секој квантен бит, или кјубит, постои истовремено во состојба од 0 и 1. Ако се обидете да ја измерите нивната вредност, податоците ќе бидат изгубени. Долгогодишно потенцијално решение беше да се групираат многу физички кубити во еден „логички кјубит“ (кјубити кои се контролирани од квантни алгоритми). Иако логичките кубити постоеле порано, тие не биле користени за корекција на грешки.

Нарушувачко влијание

Неколку истражувачки институции и лаборатории за вештачка интелигенција проучувале како да направат логички кјубити кои можат самостојно да се коригираат. На пример, Универзитетот Дјук со седиште во САД и Заедничкиот квантен институт создадоа логичен кјубит кој функционира како единствена единица во 2021 година. Со негово засновање на код за корекција на квантна грешка, грешките може полесно да се откријат и поправат. Дополнително, тимот го направи qubit-от толерантен на грешки за да содржи какви било негативни ефекти од споменатите грешки. Овој резултат беше прв пат логички кјубит да се покаже како посигурен од кој било друг потребен чекор во неговото создавање.

Користејќи го системот за јонска стапица на Универзитетот во Мериленд, тимот успеа да излади до 32 индивидуални атоми со ласери пред да ги суспендира преку електроди на чип. Со манипулирање со секој атом со ласери, тие можеа да го користат како кјубит. Истражувачите покажаа дека иновативните дизајни би можеле еден ден да го ослободат квантното пресметување од моменталната состојба на грешки. Логичките кјубити толерантни на грешки можат да ги заобиколат недостатоците на современите кјубити и би можеле да бидат столбот на доверливите квантни компјутери за апликации од реалниот свет.

Без квантни компјутери кои сами се поправаат или самопоправаат, би било невозможно да се направат системи за вештачка интелигенција (ВИ) кои се точни, транспарентни и етички. Овие алгоритми бараат големи количини на податоци и компјутерска моќ за да го исполнат својот потенцијал, вклучително и правење безбедни автономни возила и дигитални близнаци кои можат да поддржуваат уреди за Интернет на нештата (IoT).

Импликации на само-поправливи квантни пресметувања

Пошироките импликации на инвестициите во самопоправаното квантно пресметување може да вклучуваат: 

• Развивање на квантни системи кои можат да обработуваат поголем обем на податоци додека ги фаќаат грешките во реално време.
• Истражувачите развиваат автономни квантни системи кои не само што можат да се самопоправат туку и да се тестираат сами.
• Зголемено финансирање за квантно истражување и развој на микрочипови за создавање компјутери кои можат да обработуваат милијарди информации, но бараат помалку енергија.
• Квантни компјутери кои можат со сигурност да поддржат посложени процеси, вклучувајќи сообраќајни мрежи и целосно автоматизирани фабрики.
• Целосна индустриска примена на квантното пресметување во сите сектори. Ова сценарио ќе стане возможно само кога компаниите ќе се чувствуваат доволно сигурни во точноста на резултатите од квантното пресметување за да го водат донесувањето одлуки или да управуваат со системи со висока вредност.

Прашања што треба да се разгледаат

• Кои се другите потенцијални придобивки од стабилните квантни компјутери?
• Како таквите технологии можат да влијаат на вашата работа во иднина?