Samonaprawiające się komputery kwantowe: wolne od błędów i odporne na awarie

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 14 lutego 2023 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Obliczenia kwantowe reprezentują zmianę paradygmatu w przetwarzaniu komputerowym. Systemy te mają potencjał do rozwiązywania złożonych obliczeń w ciągu kilku minut, których wykonanie klasycznym komputerom zajęłoby lata, a czasem stulecia. Jednak pierwszym krokiem do pełnego wykorzystania potencjału technologii kwantowych jest zapewnienie, że mogą one samodzielnie naprawiać swoje produkty.

Samonaprawiający się kontekst obliczeń kwantowych

W 2019 roku chip Google Sycamore, zawierający 54 kubity, był w stanie wykonać obliczenia w 200 sekund, co normalnie zajęłoby klasycznemu komputerowi 10,000 XNUMX lat. Osiągnięcie to stało się katalizatorem kwantowej supremacji Google i zostało uznane na całym świecie jako wielki przełom w obliczeniach kwantowych. Następnie zaowocowało to dalszymi badaniami i postępami w tej dziedzinie.

W 2021 roku Sycamore zrobił kolejny krok naprzód, demonstrując, że potrafi naprawić błędy obliczeniowe. Jednak sam proces wprowadził później nowe błędy. Typowym problemem w obliczeniach kwantowych jest to, że wskaźniki dokładności ich obliczeń są wciąż niewystarczające w porównaniu z systemami klasycznymi. 

Komputery używające bitów (cyfr binarnych, które są najmniejszą jednostką danych komputerowych) o dwóch możliwych stanach (0 i 1) do przechowywania danych są standardowo wyposażone w korekcję błędów. Kiedy bit staje się 0 zamiast 1 lub odwrotnie, ten typ błędu można wychwycić i poprawić.

Wyzwanie w obliczeniach kwantowych jest bardziej skomplikowane, ponieważ każdy bit kwantowy lub kubit istnieje jednocześnie w stanie 0 i 1. Jeśli spróbujesz zmierzyć ich wartość, dane zostaną utracone. Od dawna potencjalnym rozwiązaniem było zgrupowanie wielu kubitów fizycznych w jeden „kubit logiczny” (kubity kontrolowane przez algorytmy kwantowe). Kubity logiczne istniały już wcześniej, ale nie były wykorzystywane do korekcji błędów.

Zakłócający wpływ

Kilka instytucji badawczych i laboratoriów sztucznej inteligencji badało, jak tworzyć logiczne kubity, które mogą się samokorygować. Na przykład Duke University i Joint Quantum Institute z siedzibą w USA stworzyły kubit logiczny, który działa jako pojedyncza jednostka w 2021 r. Opierając się na kodzie korekcji błędów kwantowych, usterki można łatwiej wykrywać i korygować. Ponadto zespół uczynił kubit odpornym na błędy, aby zawierał wszelkie negatywne skutki wspomnianych błędów. Wynik ten był pierwszym, w którym kubit logiczny okazał się bardziej niezawodny niż jakikolwiek inny wymagany krok w jego tworzeniu.

Korzystając z systemu pułapek jonowych Uniwersytetu Maryland, zespół był w stanie schłodzić do 32 pojedynczych atomów za pomocą laserów przed zawieszeniem ich na elektrodach na chipie. Manipulując każdym atomem za pomocą laserów, byli w stanie wykorzystać go jako kubit. Naukowcy wykazali, że innowacyjne projekty mogą pewnego dnia uwolnić komputery kwantowe od obecnego stanu błędów. Kubity logiczne odporne na błędy mogą obejść wady współczesnych kubitów i mogą stanowić podstawę niezawodnych komputerów kwantowych do zastosowań w świecie rzeczywistym.

Bez samokorygujących się lub samonaprawiających się komputerów kwantowych niemożliwe byłoby stworzenie systemów sztucznej inteligencji (AI), które byłyby dokładne, przejrzyste i etyczne. Algorytmy te wymagają dużych ilości danych i mocy obliczeniowej, aby wykorzystać swój potencjał, w tym zapewnić bezpieczeństwo pojazdom autonomicznym i cyfrowym bliźniakom, które mogą obsługiwać urządzenia Internetu rzeczy (IoT).

Implikacje samonaprawiających się obliczeń kwantowych

Szersze implikacje inwestycji w samonaprawiające się komputery kwantowe mogą obejmować: 

• Opracowywanie systemów kwantowych, które mogą przetwarzać większe ilości danych, jednocześnie wykrywając błędy w czasie rzeczywistym.
• Naukowcy opracowują autonomiczne systemy kwantowe, które mogą nie tylko samonaprawiać się, ale także przeprowadzać autotesty.
• Zwiększone fundusze na badania kwantowe i rozwój mikroczipów w celu stworzenia komputerów, które mogą przetwarzać miliardy informacji, ale wymagają mniej energii.
• Komputery kwantowe, które mogą niezawodnie obsługiwać bardziej złożone procesy, w tym sieci drogowe i w pełni zautomatyzowane fabryki.
• Pełne przemysłowe zastosowanie obliczeń kwantowych we wszystkich sektorach. Ten scenariusz stanie się możliwy dopiero wtedy, gdy firmy poczują się wystarczająco pewnie co do dokładności wyników obliczeń kwantowych, aby kierować procesami decyzyjnymi lub obsługiwać systemy o wysokiej wartości.

Pytania do rozważenia

• Jakie są inne potencjalne korzyści ze stabilnych komputerów kwantowych?
• Jak takie technologie mogą wpłynąć na twoją pracę w przyszłości?