Membaiki sendiri komputer kuantum: Bebas ralat dan tahan kerosakan

• Pengarang
• Nama pengarang

  Quantumrun Foresight
• Februari 14, 2023

Ringkasan cerapan

Pengkomputeran kuantum mewakili anjakan paradigma dalam pemprosesan komputer. Sistem ini mempunyai potensi untuk menyelesaikan pengiraan yang rumit dalam beberapa minit yang akan mengambil masa bertahun-tahun komputer klasik, kadang-kadang berabad-abad, untuk dicapai. Walau bagaimanapun, langkah pertama dalam membolehkan potensi penuh teknologi kuantum ialah memastikan mereka boleh membaiki sendiri output mereka.

Konteks pengkomputeran kuantum membaiki sendiri

Pada tahun 2019, cip Google Sycamore, yang mengandungi 54 qubit, dapat melakukan pengiraan dalam 200 saat yang biasanya mengambil masa 10,000 tahun untuk menyelesaikan komputer klasik. Pencapaian ini merupakan pemangkin ketuanan kuantum Google, menerima pengiktirafan di seluruh dunia sebagai satu kejayaan besar dalam pengkomputeran kuantum. Selepas itu, ini telah melahirkan penyelidikan dan kemajuan lanjut dalam bidang ini.

Pada tahun 2021, Sycamore mengambil satu lagi langkah ke hadapan dengan menunjukkan bahawa ia boleh membetulkan ralat pengiraan. Walau bagaimanapun, proses itu sendiri memperkenalkan ralat baharu selepas itu. Masalah biasa dalam pengkomputeran kuantum ialah kadar ketepatan pengiraan mereka masih kurang berbanding sistem klasik. 

Komputer yang menggunakan bit (digit binari, yang merupakan unit terkecil data komputer) dengan dua keadaan yang mungkin (0 dan 1) untuk menyimpan data dilengkapi dengan pembetulan ralat sebagai ciri standard. Apabila bit menjadi 0 bukannya 1 atau sebaliknya, kesilapan jenis ini boleh ditangkap dan diperbetulkan.

Cabaran dalam pengkomputeran kuantum adalah lebih rumit kerana setiap bit kuantum, atau qubit, wujud serentak dalam keadaan 0 dan 1. Jika anda cuba mengukur nilainya, data akan hilang. Penyelesaian berpotensi yang telah lama wujud ialah mengumpulkan banyak qubit fizikal ke dalam satu "qubit logik" (qubit yang dikawal oleh algoritma kuantum). Walaupun qubit logik telah wujud sebelum ini, ia tidak digunakan untuk pembetulan ralat.

Kesan yang mengganggu

Beberapa institusi penyelidikan dan makmal AI telah mengkaji cara membuat qubit logik yang boleh diperbetulkan sendiri. Contohnya, Universiti Duke dan Institut Kuantum Bersama yang berpangkalan di AS mencipta qubit logik yang berfungsi sebagai unit tunggal pada tahun 2021. Dengan mendasarkannya pada kod pembetulan ralat kuantum, ralat boleh dikesan dan diperbetulkan dengan lebih mudah. Selain itu, pasukan membuat qubit fault-tolerant untuk mengandungi sebarang kesan negatif daripada ralat tersebut. Keputusan ini adalah kali pertama qubit logik ditunjukkan lebih dipercayai daripada langkah lain yang diperlukan dalam penciptaannya.

Menggunakan sistem perangkap ion Universiti Maryland, pasukan itu dapat menyejukkan sehingga 32 atom individu dengan laser sebelum menggantungnya di atas elektrod pada cip. Dengan memanipulasi setiap atom dengan laser, mereka dapat menggunakannya sebagai qubit. Para penyelidik telah menunjukkan bahawa reka bentuk inovatif mungkin satu hari pengkomputeran kuantum percuma daripada keadaan semasa kesilapannya. Qubit logik toleran kesalahan boleh mengatasi kelemahan dalam qubit kontemporari dan boleh menjadi tulang belakang komputer kuantum yang boleh dipercayai untuk aplikasi dunia sebenar.

Tanpa pembetulan sendiri atau komputer kuantum yang membaiki sendiri, adalah mustahil untuk membuat sistem kecerdasan buatan (AI) yang tepat, telus dan beretika. Algoritma ini memerlukan sejumlah besar data dan kuasa pengkomputeran untuk memenuhi potensi mereka, termasuk menjadikan kenderaan autonomi selamat dan kembar digital yang boleh menyokong peranti Internet Perkara (IoT).

Implikasi pengkomputeran kuantum pembaikan sendiri

Implikasi pelaburan yang lebih luas dalam pengkomputeran kuantum pembaikan sendiri mungkin termasuk: 

• Membangunkan sistem kuantum yang boleh memproses volum data yang lebih tinggi sambil menangkap kesilapan dalam masa nyata.
• Penyelidik membangunkan sistem kuantum autonomi yang bukan sahaja boleh membaiki diri tetapi menguji sendiri.
• Peningkatan pembiayaan dalam penyelidikan kuantum dan pembangunan mikrocip untuk mencipta komputer yang boleh memproses berbilion maklumat tetapi memerlukan kurang tenaga.
• Komputer kuantum yang boleh menyokong proses yang lebih kompleks dengan pasti, termasuk rangkaian trafik dan kilang automatik sepenuhnya.
• Aplikasi industri penuh pengkomputeran kuantum merentasi semua sektor. Senario ini hanya akan menjadi mungkin apabila syarikat merasa cukup yakin dengan ketepatan output pengkomputeran kuantum untuk membimbing pembuatan keputusan atau untuk mengendalikan sistem bernilai tinggi.

Soalan yang perlu dipertimbangkan

• Apakah faedah berpotensi lain komputer kuantum yang stabil?
• Bagaimanakah teknologi sedemikian boleh menjejaskan kerja anda pada masa hadapan?