Quantumrun

КРЕДИТ ЗА ИЗОБРАЖЕНИЕ:

iStock

Самовъзстановяващи се квантови компютри: без грешки и устойчиви на грешки

Изследователите търсят начини за създаване на квантови системи, които са без грешки и устойчиви на грешки, за да изградят следващото поколение технологии.

Автор:
име Автор
Quantumrun Foresight
Февруари 14, 2023

Резюме на прозрението

Квантовото изчисление представлява промяна на парадигмата в компютърната обработка. Тези системи имат потенциала да решават сложни изчисления за няколко минути, за което на класическите компютри биха били необходими години, понякога векове. Въпреки това, първата стъпка в активирането на пълния потенциал на квантовите технологии е да се гарантира, че те могат да възстановяват сами резултатите си.

Самовъзстановяващ се квантов изчислителен контекст

През 2019 г. чипът Google Sycamore, съдържащ 54 кубита, успя да извърши изчисление за 200 секунди, което обикновено би отнело на класически компютър 10,000 XNUMX години, за да завърши. Това постижение беше катализаторът на квантовото превъзходство на Google, получавайки световно признание като голям пробив в квантовите изчисления. Впоследствие това доведе до допълнителни изследвания и напредък в областта.

През 2021 г. Sycamore направи още една крачка напред, като демонстрира, че може да коригира изчислителни грешки. Самият процес обаче въведе нови грешки след това. Обичайният проблем при квантовите изчисления е, че техните нива на точност на изчисленията все още липсват в сравнение с класическите системи.

Компютрите, които използват битове (двоични цифри, които са най-малката единица компютърни данни) с две възможни състояния (0 и 1) за съхраняване на данни, са оборудвани с корекция на грешки като стандартна функция. Когато един бит стане 0 вместо 1 или обратното, този тип грешка може да бъде уловена и коригирана.

Предизвикателството в квантовите изчисления е по-сложно, тъй като всеки квантов бит или кубит съществува едновременно в състояние 0 и 1. Ако се опитате да измерите тяхната стойност, данните ще бъдат загубени. Дългогодишно потенциално решение е да се групират много физически кубити в един „логически кубит“ (кубити, които се контролират от квантови алгоритми). Въпреки че логически кубити са съществували преди, те не са били използвани за коригиране на грешки.

Разрушително въздействие

Няколко изследователски институции и AI лаборатории проучват как да направят логически кубити, които могат да се самокоригират. Например базираният в САЩ университет Дюк и Joint Quantum Institute създадоха логически кюбит, който функционира като единична единица през 2021 г. Базирайки се на квантов код за коригиране на грешки, грешките могат да бъдат по-лесно открити и коригирани. Освен това екипът направи кюбита устойчив на грешки, за да съдържа всякакви отрицателни ефекти от споменатите грешки. Този резултат беше първият път, когато беше показано, че логически кубит е по-надежден от всяка друга необходима стъпка в неговото създаване.

Използвайки системата за йонни капани на университета в Мериленд, екипът успя да охлади до 32 отделни атома с лазери, преди да ги окачи върху електроди на чип. Чрез манипулиране на всеки атом с лазери те успяха да го използват като кубит. Изследователите демонстрираха, че иновативните дизайни могат за един ден да освободят квантовите изчисления от текущото им състояние на грешки. Устойчивите на грешки логически кубити могат да заобиколят недостатъците в съвременните кубити и биха могли да бъдат гръбнакът на надеждни квантови компютри за приложения в реалния свят.

Без самокоригиращи се или самовъзстановяващи се квантови компютри би било невъзможно да се направят системи с изкуствен интелект (AI), които са точни, прозрачни и етични. Тези алгоритми изискват големи количества данни и изчислителна мощност, за да реализират своя потенциал, включително да направят автономните превозни средства безопасни и цифрови близнаци, които могат да поддържат устройства за интернет на нещата (IoT).

Последици от самовъзстановяващото се квантово изчисление

По-широките последици от инвестициите в самовъзстановяващи се квантови изчисления могат да включват:

Разработване на квантови системи, които могат да обработват по-големи обеми данни, докато улавят грешки в реално време.
Изследователи, разработващи автономни квантови системи, които не само могат да се самопоправят, но и да се самотестват.
Увеличено финансиране в квантовите изследвания и разработването на микрочипове за създаване на компютри, които могат да обработват милиарди информация, но изискват по-малко енергия.
Квантови компютри, които могат надеждно да поддържат по-сложни процеси, включително трафик мрежи и напълно автоматизирани фабрики.
Пълното индустриално приложение на квантовите изчисления във всички сектори. Този сценарий ще стане възможен едва след като компаниите се почувстват достатъчно уверени в точността на резултатите от квантовите изчисления, за да ръководят вземането на решения или да управляват системи с висока стойност.