Google podejmuje wysiłki w celu zbudowania własnego komputera kwantowego

Google niedługo rozpocznie projektowanie i budowę sprzętu dla komputera kwantowego, typu maszyny, która może wykorzystywać fizykę kwantową do rozwiązywania problemów, które zajęłyby konwencjonalnym komputerom miliony lat.

Rdzeń kwantowy : Techniki opracowane na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara w celu zbudowania tego urządzenia, znanego jako kubit, zostaną wykorzystane do zbudowania działającego komputera kwantowego w Google.

Od 2009 roku Google współpracuje z kontrowersyjnym startupem D-Wave Systems, który twierdzi, że pierwszy komercyjny komputer kwantowy . A w zeszłym roku Google kupił jedną z maszyn D-Wave. Jednak niezależne testy opublikowane na początku tego roku nie wykazały, że komputer D-Wave wykorzystuje fizykę kwantową do rozwiązywania problemów wydajniej niż konwencjonalna maszyna.

Ale już John Martinis , profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, dołączył do Google, aby założyć nowe laboratorium sprzętu kwantowego w pobliżu uniwersytetu. Spróbuje stworzyć własne wersje tego rodzaju chipów w maszynie D-Wave.

Martinis spędził ponad dekadę pracując nad bardziej sprawdzonym podejściem do obliczeń kwantowych i zbudował jedne z największych, najbardziej wolnych od błędów systemów kubitów, podstawowych elementów składowych, które kodują informacje w komputerze kwantowym.

Chcielibyśmy przemyśleć projekt i stworzyć kubity w inny sposób, mówi Martinis o swoich wysiłkach zmierzających do ulepszenia sprzętu D-Wave. Uważamy, że sposób, w jaki budujemy nasze kubity, ma szansę ulepszyć maszynę. Martinis zajął wspólne stanowisko z Google i UCSB, które pozwoli mu na kontynuowanie własnych badań na uniwersytecie.

W przypadku niektórych problemów komputery kwantowe mogą być znacznie szybsze niż jakikolwiek istniejący komputer. Dzieje się tak, ponieważ kubity współpracujące ze sobą mogą wykorzystywać dziwactwa mechaniki kwantowej, aby szybko odrzucić nieprawidłowe ścieżki do rozwiązania i znaleźć właściwe rozwiązanie. Jednak kubity są trudne w obsłudze, ponieważ stany kwantowe są tak delikatne.

Chris Monroe Profesor, który kieruje laboratorium obliczeń kwantowych na Uniwersytecie Maryland, z zadowoleniem przyjął wiadomość, że jedno z czołowych specjalistów w tej dziedzinie będzie pracować nad pytaniem, czy projekty takie jak D-Wave mogą być przydatne. Uważam, że to wspaniałe osiągnięcie, że próbują tego prawowici badacze, mówi.

Od czasu zaprezentowania swojej pierwszej maszyny w 2007 roku, D-Wave irytuje naukowców akademickich, wysuwając twierdzenia o swoich komputerach bez dostarczania dowodów, które zdaniem krytyków są potrzebne do ich poparcia. Jednak firma przyciągnęła ponad 140 milionów dolarów w finansowaniu i sprzedał kilka swoich maszyn (patrz CIA i Jeff Bezos Bet on Quantum Computing ).

Nie ma wątpliwości, że maszyna D-Wave może wykonywać obliczenia. I badania opublikowany w 2011 r. pokazał, że chip maszyny zawiera odpowiedni rodzaj fizyki kwantowej potrzebnej do obliczeń kwantowych. Ale brakuje dowodów na to, że wykorzystuje tę fizykę w sposób potrzebny do odblokowania ogromnych przyspieszeń obiecanych przez komputer kwantowy. Mogłoby to być rozwiązywanie problemów przy użyciu tylko zwykłej fizyki.

Poprzednie prace Martinisa koncentrowały się na konwencjonalnym podejściu do obliczeń kwantowych. Ustanowił nowy kamień milowy w tej dziedzinie w kwietniu, kiedy jego laboratorium ogłosiło, że może działać pięć kubitów wraz ze stosunkowo niskimi wskaźnikami błędów . Większe systemy takich kubitów można skonfigurować tak, aby uruchamiały dowolny algorytm w zależności od problemu, podobnie jak konwencjonalny komputer. Aby komputer kwantowy był użyteczny, prawdopodobnie musiałby być zbudowany z dziesiątek tysięcy kubitów lub więcej.

Układ w sercu najnowszej maszyny D-Wave ma 512 kubitów, ale są one połączone z innym, bardziej ograniczonym komponentem znanym jako wyżarzacz kwantowy. Może uruchomić tylko określony algorytm używany do konkretnego rodzaju problemu, który wymaga wybrania najlepszej opcji w sytuacji z wieloma konkurencyjnymi wymaganiami — na przykład określenie najbardziej wydajnej trasy dostawy wokół miasta.

Martinis był współautorem artykułu opublikowane w Nauka wcześniej w tym roku który wymagał najbardziej rygorystycznego niezależnego spojrzenia na maszynę D-Wave. Stwierdzono, że w testach przeprowadzonych na komputerze nie było dowodów na przyspieszenie kwantowe. Bez tego, jak twierdzą krytycy, D-Wave jest niczym więcej niż przereklamowanym i raczej dziwnym, konwencjonalnym komputerem. Firma odpowiada, że ​​testy jej maszyny dotyczyły niewłaściwego rodzaju problemów, aby wykazać korzyści.

Praca Martinisa nad maszyną D-Wave doprowadziła go do rozmów z Google i na nowe stanowisko. Teoria i symulacja sugerują, że możliwe jest uzyskanie przez annealery przyspieszenia kwantowego, a on uważa to za kwestię otwartą. Istnieje naprawdę interesująca nauka, którą ludzie próbują rozgryźć, mówi.

Martinis uważa, że ​​jego technologia wytwarzania kubitów mogłaby stworzyć lepsze wyżarzanie kwantowe. W szczególności ma nadzieję stworzyć taki, którego kubity będą w stanie stabilniej utrzymywać stan kwantowy znany jako superpozycja — efektywnie zarówno 0, jak i 1 w tym samym czasie. Kubity maszyny D-Wave mogą utrzymywać superpozycje przez okresy trwające tylko nanosekundy. Martinis zbudował kubity, które mogą to robić nawet przez 30 mikrosekund, mówi.

Martinis robi swoje kubity z aluminiowych obwodów zbudowanych na szafirowych waflach i schładza je do 20 milikelwinów — ułamek powyżej zera absolutnego — tak, że stają się nadprzewodnikami. Chip D-Wave wymaga podobnego chłodzenia do działania, ale ma obwody wykonane z nadprzewodzącego materiału zwanego niobem, umieszczonego na waflach krzemowych. Martinis jest w trakcie przestawiania się na tworzenie własnych kubitów na krzemie i uważa, że ​​niektóre materiały izolujące elektryczność stosowane w chipach D-Wave mogą ograniczać jego wydajność.

Jednak Google nie zrezygnowało z D-Wave. W ciągu wyciąg online , lider badań kwantowych Google powiedział, że obie firmy będą nadal ze sobą współpracować, a komputer Google D-Wave zostanie uaktualniony o nowy procesor 1000 kubitów, gdy stanie się dostępny.

ukryć