Kvantni računari koji se sami popravljaju: bez grešaka i tolerantni na greške

• Autor:
• Ime autora

  Quantumrun Foresight
• Februar 14, 2023

Sažetak uvida

Kvantno računarstvo predstavlja promjenu paradigme u kompjuterskoj obradi. Ovi sistemi imaju potencijal da riješe složene proračune u roku od nekoliko minuta za koje bi klasičnim računarima bile potrebne godine, ponekad i stoljećima. Međutim, prvi korak u omogućavanju punog potencijala kvantnih tehnologija je osiguranje da one mogu samopopravljati svoje rezultate.

Samopopravljajući kontekst kvantnog računarstva

Godine 2019., Google Sycamore čip, koji sadrži 54 kubita, bio je u stanju da izvrši proračun za 200 sekundi za koji bi klasičnom računaru obično trebalo 10,000 godina da završi. Ovo dostignuće je bilo katalizator Googleove kvantne nadmoći, primivši svjetsko priznanje kao veliki proboj u kvantnom računarstvu. Nakon toga, ovo je izazvalo dalja istraživanja i napredak u ovoj oblasti.

U 2021. Sycamore je napravio još jedan korak naprijed pokazujući da može popraviti računske greške. Međutim, sam proces je kasnije uveo nove greške. Uobičajeni problem u kvantnom računarstvu je to što stope tačnosti njihovih proračuna i dalje nedostaju u poređenju sa klasičnim sistemima. 

Računari koji koriste bitove (binarne cifre, koje su najmanja jedinica računarskih podataka) sa dva moguća stanja (0 i 1) za skladištenje podataka opremljeni su ispravljanjem grešaka kao standardnom karakteristikom. Kada bit postane 0 umjesto 1 ili obrnuto, ova vrsta greške se može uhvatiti i ispraviti.

Izazov u kvantnom računarstvu je složeniji jer svaki kvantni bit, ili kubit, postoji istovremeno u stanju 0 i 1. Ako pokušate izmjeriti njihovu vrijednost, podaci će biti izgubljeni. Dugotrajno potencijalno rješenje bilo je grupisanje mnogih fizičkih kubita u jedan “logički kubit” (kubiti koji su kontrolirani kvantnim algoritmima). Iako su logički kubiti postojali i ranije, nisu korišteni za ispravljanje grešaka.

Ometajući uticaj

Nekoliko istraživačkih institucija i AI laboratorija proučavalo je kako napraviti logičke kubite koji se mogu samoispravljati. Na primjer, Univerzitet Duke sa sjedištem u SAD-u i Joint Quantum Institute kreirali su logički kubit koji funkcionira kao jedna jedinica 2021. Bazirajući ga na kvantnom kodu za ispravljanje grešaka, greške se mogu lakše otkriti i ispraviti. Pored toga, tim je napravio kubit otpornim na greške kako bi sadržao sve negativne efekte navedenih grešaka. Ovaj rezultat je bio prvi put da se pokazalo da je logički kubit pouzdaniji od bilo kojeg drugog potrebnog koraka u njegovom kreiranju.

Koristeći sistem jonske zamke Univerziteta Merilend, tim je bio u stanju da ohladi do 32 pojedinačna atoma laserima pre nego što ih suspenduje preko elektroda na čipu. Manipulirajući svaki atom laserima, mogli su ga koristiti kao kubit. Istraživači su pokazali da bi inovativni dizajni mogli jednog dana osloboditi kvantno računanje od trenutnog stanja grešaka. Logički kubiti otporni na greške mogu zaobići nedostatke u savremenim kubitima i mogli bi biti okosnica pouzdanih kvantnih računara za primjene u stvarnom svijetu.

Bez samoispravljajućih ili samopopravljajućih kvantnih kompjutera, bilo bi nemoguće napraviti sisteme veštačke inteligencije (AI) koji su tačni, transparentni i etički. Ovi algoritmi zahtijevaju velike količine podataka i računarske snage kako bi ispunili svoj potencijal, uključujući stvaranje sigurnih autonomnih vozila i digitalnih blizanaca koji mogu podržavati uređaje Interneta stvari (IoT).

Implikacije samopopravljajućeg kvantnog računarstva

Šire implikacije ulaganja u samopopravljajuće kvantno računanje mogu uključivati: 

• Razvijanje kvantnih sistema koji mogu da obrađuju veće količine podataka dok hvataju greške u realnom vremenu.
• Istraživači razvijaju autonomne kvantne sisteme koji ne samo da se mogu samopopravljati već i samotestirati.
• Povećano finansiranje kvantnog istraživanja i razvoja mikročipova za stvaranje kompjutera koji mogu obraditi milijarde informacija, ali zahtijevaju manje energije.
• Kvantni računari koji mogu pouzdano da podrže složenije procese, uključujući saobraćajne mreže i potpuno automatizovane fabrike.
• Potpuna industrijska primjena kvantnog računarstva u svim sektorima. Ovaj scenario će postati moguć tek kada kompanije budu dovoljno sigurne u tačnost kvantnih računarskih izlaza da usmeravaju donošenje odluka ili da upravljaju sistemima visoke vrednosti.

Pitanja koja treba razmotriti

• Koje su druge potencijalne prednosti stabilnih kvantnih računara?
• Kako bi takve tehnologije mogle uticati na vaš rad u budućnosti?