211service.com
Badacze Google zwiększają niezawodność komponentów obliczeń kwantowych
Rozwiązanie jednego z kluczowych problemów wstrzymujących rozwój komputerów kwantowych zostało zademonstrowane przez naukowców z Google i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Wiele innych problemów pozostaje do rozwiązania, ale eksperci w tej dziedzinie twierdzą, że jest to ważny krok w kierunku w pełni funkcjonalnego komputera kwantowego. Taka maszyna mogłaby wykonać obliczenia, których ukończenie zajęłoby konwencjonalnemu komputerowi miliony lat.
Naukowcy z Google i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara wykorzystali ten chip do zademonstrowania kluczowej metody potrzebnej do zapewnienia niezawodności komputerów kwantowych.
Naukowcy z Google i UCSB pokazali, że mogą zaprogramować grupy kubitów – urządzeń reprezentujących informacje za pomocą delikatnej fizyki kwantowej – w celu wykrywania pewnych rodzajów błędów i zapobiegania zrujnowaniu przez te błędy obliczeń. Nowe postępy pochodzą od naukowców kierowanych przez Johna Martinisa, profesora z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, który w zeszłym roku dołączył do Google, aby założyć laboratorium badawcze obliczeń kwantowych (patrz Google wprowadza wysiłki na rzecz zbudowania własnego komputera kwantowego). Martinis zajmuje teraz wspólne stanowisko pomiędzy UCSB i Google, prowadząc prace nad nadprzewodnikowymi chipami aluminiowymi, które działają na poziomie ułamka stopnia powyżej zera absolutnego. Większość prac związanych z nowymi wynikami, zgłoszonych dzisiaj w dzienniku Natura , miało miejsce zanim Martinis dołączył do Google.
Google bada obliczenia kwantowe od 2009 roku, kiedy to rozpoczął współpracę z D-Wave Systems, start-upem, który sprzedaje coś, co nazywa pierwszym komercyjnym komputerem kwantowym (zob. CIA i Jeff Bezos Bet on Quantum Computing ). Microsoft ma również spory program badawczy w zakresie obliczeń kwantowych (zobacz Mechanika kwantowa Microsoftu).
Stworzenie komputera kwantowego wymaga połączenia wielu kubitów do wspólnej pracy nad informacjami. Jednak urządzenia te są podatne na błędy, ponieważ reprezentują bity danych — zera i jedynki — przy użyciu delikatnych efektów mechaniki kwantowej, które są wykrywalne tylko w bardzo niskich temperaturach i niewielkich skalach. Dzięki temu kubity mogą jednocześnie osiągać stany superpozycji, które w rzeczywistości wynoszą zarówno 1, jak i 0, co pozwala komputerom kwantowym na skrócenie czasu wykonywania złożonych obliczeń. Sprawia również, że są podatne na ciepło i inne zakłócenia, które zniekształcają lub niszczą stany kwantowe używane do kodowania informacji i wykonywania obliczeń.
Wiele badań nad komputerami kwantowymi koncentruje się na próbach uzyskania systemów kubitów do wykrywania i naprawiania błędów. Grupa Martinisa zademonstrowała fragment jednego z najbardziej obiecujących schematów w tym zakresie, podejścia znanego jako kody powierzchniowe. Naukowcy zaprogramowali chip z dziewięcioma kubitami, aby monitorowali się nawzajem pod kątem błędów zwanych przerzucaniem bitów, gdzie szum otoczenia powoduje zmianę 1 na 0 lub odwrotnie. Kubity nie mogły korygować przerzucania bitów, ale mogły podejmować działania, aby zapewnić, że nie zanieczyściły późniejszych etapów operacji.
Musimy wykonać więcej pracy, zanim będziemy mogli powiedzieć, że wszystkie elementy wymagane do obliczeń kwantowych odpornych na błędy są na miejscu, ale myślę, że ta praca pokazuje, że jesteśmy blisko, mówi Daniel Gottesman, który pracuje nad korekcją błędów kwantowych w Instytut Obwodu w Waterloo, Ontario.
Elementy nadal wymagane nie są jednak trywialne. Odwrócenie bitów, które podjęli Martinis i jego koledzy, można rozwiązać za pomocą klasycznych algorytmów, które działają na konwencjonalnym komputerze. Trudniejszy rodzaj błędu, w którym właściwość kwantowa kubitu, znana jako faza, jest zmieniana przez szum otoczenia, można rozwiązać tylko za pomocą bardziej złożonych algorytmów wykorzystujących efekty kwantowe. Austin Fowler, inżynier elektroniki kwantowej w Google, mówi, że grupa pracuje teraz nad tym i demonstruje sprawdzanie błędów na ponad dziewięciu kubitach.
Jednak ostatnie wyniki Martinisa i innych napawają Gottesmana optymizmem, że pełny zestaw technik korekcji błędów jest w zasięgu ręki. Myślę, że jest duża szansa, że w ciągu najbliższych kilku lat zobaczymy taką demonstrację kogoś, być może grupy Martinis, mówi.