Квантові комп’ютери, що самовідновлюються: безпомилкові та відмовостійкі

• Автор:
• ім'я автора

  Quantumrun Foresight
• 14 Лютого, 2023

Короткий огляд

Квантові обчислення являють собою зміну парадигми комп’ютерної обробки. Ці системи мають потенціал для виконання складних обчислень за лічені хвилини, на виконання яких класичним комп’ютерам знадобилися б роки, іноді століття. Однак першим кроком до використання повного потенціалу квантових технологій є забезпечення їх здатності самостійно відновлювати свої результати.

Контекст квантового обчислення, що самовідновлюється

У 2019 році чіп Google Sycamore, що містить 54 кубіти, зміг виконати обчислення за 200 секунд, на виконання якого зазвичай класичному комп’ютеру потрібно 10,000 XNUMX років. Це досягнення стало каталізатором квантової переваги Google, отримавши всесвітнє визнання як великий прорив у квантових обчисленнях. Згодом це породило подальші дослідження та прогрес у цій галузі.

У 2021 році Sycamore зробив ще один крок вперед, продемонструвавши, що може виправляти обчислювальні помилки. Однак згодом сам процес породив нові помилки. Звичайна проблема квантових обчислень полягає в тому, що рівень точності їх обчислень все ще недостатній порівняно з класичними системами. 

Комп’ютери, які використовують біти (двійкові цифри, які є найменшою одиницею комп’ютерних даних) із двома можливими станами (0 і 1) для зберігання даних, оснащені корекцією помилок як стандартну функцію. Коли біт стає 0 замість 1 або навпаки, цю помилку можна виявити та виправити.

Проблема в квантових обчисленнях складніша, оскільки кожен квантовий біт, або кубіт, існує одночасно в стані 0 і 1. Якщо ви спробуєте виміряти їх значення, дані будуть втрачені. Давнім потенційним рішенням було згрупувати багато фізичних кубітів в один «логічний кубіт» (кубіти, які контролюються квантовими алгоритмами). Незважаючи на те, що логічні кубіти існували раніше, вони не використовувалися для виправлення помилок.

Руйнівний вплив

Кілька дослідницьких установ і лабораторій штучного інтелекту вивчають, як створити логічні кубіти, які можуть самовиправлятися. Наприклад, американський Університет Дьюка та Об’єднаний квантовий інститут у 2021 році створили логічний кубіт, який функціонує як єдине ціле. Завдяки коду квантового виправлення помилок можна легше виявляти та виправляти несправності. Крім того, команда зробила кубіт відмовостійким, щоб утримувати будь-які негативні наслідки від зазначених помилок. Цей результат став першим випадком, коли логічний кубіт виявився більш надійним, ніж будь-який інший необхідний крок у його створенні.

Використовуючи систему іонних пасток Університету Меріленда, команда змогла охолодити до 32 окремих атомів за допомогою лазерів, перш ніж підвісити їх над електродами на чіпі. Маніпулюючи кожним атомом за допомогою лазерів, вони змогли використовувати його як кубіт. Дослідники продемонстрували, що інноваційні розробки можуть на один день звільнити квантові обчислення від поточного стану помилок. Відмовостійкі логічні кубіти можуть усунути недоліки в сучасних кубітах і можуть стати основою надійних квантових комп’ютерів для реальних додатків.

Без квантових комп’ютерів, що самокоригуються або самовідновлюються, було б неможливо створити системи штучного інтелекту (ШІ), які були б точними, прозорими та етичними. Ці алгоритми вимагають великих обсягів даних і обчислювальної потужності, щоб реалізувати свій потенціал, зокрема зробити автономні транспортні засоби безпечними та цифровими близнюками, які можуть підтримувати пристрої Інтернету речей (IoT).

Наслідки квантових обчислень, що самовідновлюються

Більш широкі наслідки інвестицій у самовідновлювальні квантові обчислення можуть включати: 

• Розробка квантових систем, які можуть обробляти великі обсяги даних, виявляючи помилки в режимі реального часу.
• Дослідники розробляють автономні квантові системи, які можуть не тільки самовідновлюватися, але й тестувати себе.
• Збільшення фінансування квантових досліджень і розробки мікрочіпів для створення комп’ютерів, які можуть обробляти мільярди інформації, але вимагають менше енергії.
• Квантові комп’ютери, які можуть надійно підтримувати більш складні процеси, включаючи мережі трафіку та повністю автоматизовані фабрики.
• Повне промислове застосування квантових обчислень у всіх секторах. Цей сценарій стане можливим лише тоді, коли компанії будуть достатньо впевнені в точності результатів квантових обчислень, щоб керувати процесом прийняття рішень або керувати цінними системами.

Питання для розгляду

• Які ще потенційні переваги стабільних квантових комп’ютерів?
• Як такі технології можуть вплинути на вашу роботу в майбутньому?