Quantumrun

BILDEKREDITT:

iStock

Selvreparerende kvantedatamaskiner: Feilfrie og feiltolerante

Forskere leter etter måter å lage kvantesystemer som er feilfrie og feiltolerante for å bygge neste generasjon teknologier.

Forfatter:
forfatternavn
Quantumrun Foresight
Februar 14, 2023

Oppsummering av innsikt

Kvantedatabehandling representerer et paradigmeskifte i databehandling. Disse systemene har potensial til å løse komplekse beregninger i løpet av få minutter som vil ta klassiske datamaskiner år, noen ganger århundrer, å utføre. Det første trinnet for å muliggjøre det fulle potensialet til kvanteteknologi er imidlertid å sikre at de selv kan reparere utgangene sine.

Selvreparerende kvanteberegningskontekst

I 2019 var Google Sycamore-brikken, som inneholdt 54 qubits, i stand til å utføre en beregning på 200 sekunder som normalt ville tatt en klassisk datamaskin 10,000 XNUMX år å fullføre. Denne prestasjonen var katalysatoren for Googles kvanteoverlegenhet, og fikk verdensomspennende anerkjennelse som et stort gjennombrudd innen kvanteberegning. Deretter har dette skapt ytterligere forskning og fremskritt innen feltet.

I 2021 tok Sycamore enda et skritt fremover ved å demonstrere at det kan fikse beregningsfeil. Imidlertid introduserte selve prosessen nye feil etterpå. Et vanlig problem i kvanteberegning er at deres beregningers nøyaktighetshastigheter fortsatt mangler sammenlignet med klassiske systemer.

Datamaskiner som bruker bits (binære sifre, som er den minste enheten av datadata) med to mulige tilstander (0 og 1) for å lagre data, er utstyrt med feilretting som en standardfunksjon. Når en bit blir 0 i stedet for 1 eller omvendt, kan denne typen feil fanges opp og korrigeres.

Utfordringen i kvanteberegning er mer intrikat ettersom hver kvantebit, eller qubit, eksisterer samtidig i en tilstand på 0 og 1. Hvis du prøver å måle verdien deres, vil dataene gå tapt. En langvarig potensiell løsning har vært å gruppere mange fysiske qubits i én "logisk qubit" (qubits som er kontrollert av kvantealgoritmer). Selv om logiske qubits har eksistert før, ble de ikke brukt for feilretting.

Forstyrrende påvirkning

Flere forskningsinstitusjoner og AI-laboratorier har studert hvordan man lager logiske qubits som kan korrigere seg selv. For eksempel skapte USA-baserte Duke University og Joint Quantum Institute en logisk qubit som fungerer som en enkelt enhet i 2021. Ved å basere den på en kvantefeilkorreksjonskode, kan feil lettere oppdages og korrigeres. I tillegg gjorde teamet qubit-feiltolerant for å inneholde negative effekter fra nevnte feil. Dette resultatet var første gang en logisk qubit ble vist å være mer pålitelig enn noe annet nødvendig trinn i opprettelsen.

Ved å bruke University of Marylands ionefellesystem klarte teamet å avkjøle opptil 32 individuelle atomer med lasere før de suspenderte dem over elektroder på en brikke. Ved å manipulere hvert atom med lasere, var de i stand til å bruke det som en qubit. Forskerne har vist at innovative design kan frigjøre kvantedatabehandling én dag fra den nåværende feiltilstanden. Feiltolerante logiske qubits kan omgå feilene i moderne qubits og kan være ryggraden i pålitelige kvantedatamaskiner for virkelige applikasjoner.

Uten selvkorrigerende eller selvreparerende kvantedatamaskiner ville det være umulig å lage kunstig intelligens (AI) systemer som er nøyaktige, transparente og etiske. Disse algoritmene krever store mengder data og datakraft for å oppfylle potensialet sitt, inkludert å gjøre autonome kjøretøy trygge og digitale tvillinger som kan støtte Internet of Things (IoT)-enheter.

Implikasjoner av selvreparerende kvantedatabehandling

Større implikasjoner av investeringer i selvreparerende kvantedatabehandling kan omfatte:

Utvikle kvantesystemer som kan behandle større datamengder mens de fanger opp feil i sanntid.
Forskere utvikler autonome kvantesystemer som ikke bare kan selvreparere, men selvteste.
Økt finansiering innen kvanteforskning og utvikling av mikrobrikker for å lage datamaskiner som kan behandle milliarder av informasjon, men som krever mindre energi.
Kvantedatamaskiner som pålitelig kan støtte mer komplekse prosesser, inkludert trafikknettverk og helautomatiserte fabrikker.
Den fulle industrielle anvendelsen av kvantedatabehandling på tvers av alle sektorer. Dette scenariet vil først bli mulig når bedrifter føler seg trygge nok på nøyaktigheten til kvantedatabehandlingsutdata til å veilede beslutningstaking eller til å drifte systemer med høy verdi.