Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA:

iStock

Skammtatölvur sem gera sjálfar við: Villulausar og bilanaþolnar

Vísindamenn eru að leita leiða til að búa til skammtakerfi sem eru villulaus og bilanaþolin til að byggja upp næstu kynslóð tækni.

Höfundur:
Höfundur nafn
Quantumrun Foresight
Febrúar 14, 2023

Innsýn samantekt

Skammtatölvun táknar hugmyndabreytingu í tölvuvinnslu. Þessi kerfi hafa tilhneigingu til að leysa flókna útreikninga á nokkrum mínútum sem myndi taka klassískar tölvur ár, stundum aldir, að framkvæma. Hins vegar er fyrsta skrefið til að virkja alla möguleika skammtatækninnar að tryggja að þeir geti sjálfir gert við framleiðslu sína.

Sjálfviðgerð skammtafræðisamhengi

Árið 2019 gat Google Sycamore flísinn, sem innihélt 54 qubits, framkvæmt útreikning á 200 sekúndum sem venjulega myndi taka klassíska tölvu 10,000 ár að klára. Þetta afrek var hvatinn að yfirburði skammtafræðinnar Google, og hlaut alþjóðlega viðurkenningu sem mikil bylting í skammtafræði. Í kjölfarið hefur þetta leitt til frekari rannsókna og framfara á þessu sviði.

Árið 2021 tók Sycamore enn eitt skrefið fram á við með því að sýna fram á að það getur lagað reiknivillur. Hins vegar kynnti ferlið sjálft nýjar villur á eftir. Venjulegt vandamál í skammtafræði er að nákvæmni útreikninga þeirra er enn ábótavant miðað við klassísk kerfi.

Tölvur sem nota bita (tvíundir tölustafir, sem eru minnsta eining tölvugagna) með tveimur mögulegum stöðum (0 og 1) til að geyma gögn eru með villuleiðréttingu sem staðalbúnað. Þegar biti verður 0 í stað 1 eða öfugt er hægt að grípa þessa tegund af mistökum og leiðrétta.

Áskorunin í skammtafræði er flóknari þar sem hver skammtabiti, eða qubit, er til samtímis í stöðunni 0 og 1. Ef þú reynir að mæla gildi þeirra munu gögnin glatast. Langvarandi hugsanleg lausn hefur verið að flokka marga eðlisfræðilega qubita í einn „rógískan qubit“ (qubits sem er stjórnað af skammtareikniritum). Jafnvel þó að rökrétt qubits hafi verið til áður, voru þeir ekki notaðir til villuleiðréttingar.

Truflandi áhrif

Nokkrar rannsóknarstofnanir og gervigreindarstofur hafa verið að rannsaka hvernig á að búa til rökrétta qubita sem geta sjálfleiðrétt. Til dæmis bjuggu bandarískir Duke University og Joint Quantum Institute til rökréttan qubit sem virkar sem ein eining árið 2021. Með því að byggja hann á skammtavilluleiðréttingarkóða er auðveldara að greina og leiðrétta villur. Að auki gerði teymið qubit bilunarþolið til að innihalda nein neikvæð áhrif frá fyrrgreindum villum. Þessi niðurstaða var í fyrsta skipti sem sýnt var fram á að rökréttur qubit væri áreiðanlegri en nokkur önnur nauðsynleg skref í sköpun þess.

Með því að nota jónagildrukerfi háskólans í Maryland gat teymið kælt allt að 32 einstök atóm með leysigeislum áður en þau hengdu þau yfir rafskaut á flís. Með því að vinna hvert atóm með leysi, gátu þeir notað það sem qubit. Rannsakendur hafa sýnt fram á að nýstárleg hönnun gæti einn dag ókeypis skammtatölvu frá núverandi villuástandi. Bilunarþolnir rökrænir qubitar geta unnið í kringum gallana í nútíma qubitum og gætu verið burðarás áreiðanlegra skammtatölva fyrir raunveruleg forrit.

Án sjálfleiðréttandi eða sjálfviðgerðar skammtatölva væri ómögulegt að búa til gervigreindarkerfi (AI) sem eru nákvæm, gagnsæ og siðferðileg. Þessi reiknirit krefjast mikið magn af gögnum og tölvuafli til að uppfylla möguleika sína, þar á meðal að gera sjálfkeyrandi ökutæki örugg og stafræna tvíbura sem geta stutt Internet of Things (IoT) tæki.

Afleiðingar sjálfviðgerðar skammtafræði

Víðtækari afleiðingar fjárfestinga í skammtatölvum sem gera við sjálfar geta verið:

Þróun skammtakerfis sem geta unnið úr meira magni gagna á sama tíma og það grípur mistök í rauntíma.
Vísindamenn þróa sjálfstætt skammtakerfi sem geta ekki aðeins gert við sjálf heldur sjálfsprófað.
Aukið fjármagn í skammtarannsóknum og þróun örflaga til að búa til tölvur sem geta unnið úr milljörðum upplýsinga en þurfa minni orku.
Skammtatölvur sem geta stutt flóknari ferla á áreiðanlegan hátt, þar á meðal umferðarnet og fullkomlega sjálfvirkar verksmiðjur.
Full iðnaðarbeiting skammtatölvunar í öllum geirum. Þessi atburðarás verður aðeins möguleg þegar fyrirtæki telja sig vera nógu örugg í nákvæmni skammtatölvuúttakanna til að leiðbeina ákvarðanatöku eða reka mikilsverð kerfi.