Calculatoare cuantice cu auto-reparare: fără erori și tolerante la erori

• Autor:
• Numele autorului

  Previziune Quantumrun
• 14 Februarie 2023

Rezumat perspectivă

Calculul cuantic reprezintă o schimbare de paradigmă în procesarea computerizată. Aceste sisteme au potențialul de a rezolva calcule complexe în câteva minute, pe care computerele clasice le-ar lua ani, uneori secole, pentru a le îndeplini. Cu toate acestea, primul pas în activarea întregului potențial al tehnologiilor cuantice este să se asigure că acestea își pot auto-repara rezultatele.

Context de calcul cuantic cu auto-reparare

În 2019, cipul Google Sycamore, care conține 54 de qubiți, a fost capabil să efectueze un calcul în 200 de secunde, care în mod normal i-ar lua unui computer clasic 10,000 de ani pentru a se termina. Această realizare a fost catalizatorul supremației cuantice a Google, primind recunoaștere la nivel mondial ca o descoperire majoră în calculul cuantic. Ulterior, acest lucru a generat cercetări și progrese suplimentare în domeniu.

În 2021, Sycamore a făcut un alt pas înainte, demonstrând că poate remedia erorile de calcul. Cu toate acestea, procesul în sine a introdus noi erori ulterior. O problemă obișnuită în calculul cuantic este că ratele de precizie ale calculelor lor încă lipsesc în comparație cu sistemele clasice. 

Calculatoarele care folosesc biți (cifre binare, care sunt cea mai mică unitate de date computerizate) cu două stări posibile (0 și 1) pentru a stoca date sunt echipate cu corectarea erorilor ca caracteristică standard. Când un bit devine 0 în loc de 1 sau invers, acest tip de greșeală poate fi prins și corectat.

Provocarea în calculul cuantic este mai complicată, deoarece fiecare bit cuantic, sau qubit, există simultan într-o stare de 0 și 1. Dacă încercați să măsurați valoarea lor, datele se vor pierde. O soluție potențială de lungă durată a fost gruparea multor qubiți fizici într-un singur „qubit logic” (qubiți care sunt controlați de algoritmi cuantici). Chiar dacă qubiții logici au existat înainte, aceștia nu au fost folosiți pentru corectarea erorilor.

Impact perturbator

Mai multe instituții de cercetare și laboratoare de inteligență artificială au studiat cum să creeze qubiți logici care se pot auto-corecta. De exemplu, Duke University și Joint Quantum Institute din SUA au creat un qubit logic care funcționează ca o singură unitate în 2021. Bazându-l pe un cod de corectare a erorilor cuantice, defecțiunile pot fi detectate și corectate mai ușor. În plus, echipa a făcut ca qubitul să fie tolerant la erori pentru a conține orice efecte negative ale erorilor menționate. Acest rezultat a fost prima dată când un qubit logic s-a dovedit a fi mai fiabil decât orice alt pas necesar în crearea sa.

Folosind sistemul de capcană de ioni de la Universitatea din Maryland, echipa a reușit să răcească până la 32 de atomi individuali cu lasere înainte de a-i suspenda peste electrozi de pe un cip. Prin manipularea fiecărui atom cu lasere, au putut să-l folosească ca un qubit. Cercetătorii au demonstrat că modelele inovatoare ar putea elibera, într-o zi, calculul cuantic din starea sa actuală de erori. Qubiții logici toleranți la erori pot rezolva defectele qubiților contemporani și ar putea fi coloana vertebrală a computerelor cuantice de încredere pentru aplicații din lumea reală.

Fără calculatoare cuantice care se auto-corectează sau se repară automat, ar fi imposibil să se realizeze sisteme de inteligență artificială (AI) care să fie precise, transparente și etice. Acești algoritmi necesită cantități mari de date și putere de calcul pentru a-și îndeplini potențialul, inclusiv pentru a face vehicule autonome sigure și gemeni digitale care pot suporta dispozitive Internet of Things (IoT).

Implicații ale calculului cuantic cu auto-reparare

Implicațiile mai largi ale investițiilor în calculul cuantic cu auto-reparare pot include: 

• Dezvoltarea sistemelor cuantice care pot procesa volume mai mari de date în timp ce detectează greșelile în timp real.
• Cercetătorii dezvoltă sisteme cuantice autonome care nu numai că se pot auto-repara, ci și se pot testa.
• Finanțare sporită în cercetarea cuantică și dezvoltarea de microcipuri pentru a crea computere care pot procesa miliarde de informații, dar necesită mai puțină energie.
• Calculatoare cuantice care pot suporta în mod fiabil procese mai complexe, inclusiv rețele de trafic și fabrici complet automatizate.
• Aplicația industrială completă a calculului cuantic în toate sectoarele. Acest scenariu va deveni posibil doar odată ce companiile se simt suficient de încrezătoare în acuratețea rezultatelor de calcul cuantic pentru a ghida luarea deciziilor sau pentru a opera sisteme de mare valoare.

Întrebări de luat în considerare

• Care sunt celelalte beneficii potențiale ale calculatoarelor cuantice stabile?
• Cum ar putea astfel de tehnologii să vă afecteze munca în viitor?