IBM prezentuje chip do obliczeń kwantowych

Chip nadprzewodzący opracowany w IBM pokazuje ważny krok potrzebny do stworzenia procesorów komputerowych, które przetwarzają liczby, wykorzystując dziwaczność fizyki kwantowej. Jeśli komputery kwantowe zostaną pomyślnie opracowane, mogą skutecznie przejść na skróty przez wiele obliczeń, które są trudne dla dzisiejszych komputerów.

Po schłodzeniu do ułamka stopnia powyżej zera bezwzględnego cztery ciemne elementy w środku obwodu pośrodku tego obrazu mogą reprezentować dane cyfrowe za pomocą efektów mechaniki kwantowej.

Nowy układ IBM jest pierwszym, który integruje podstawowe urządzenia potrzebne do zbudowania komputera kwantowego, znanego jako kubity, w siatce 2D. Naukowcy uważają, że jedną z najlepszych dróg do stworzenia praktycznego komputera kwantowego byłoby stworzenie siatek składających się z setek lub tysięcy współpracujących kubitów. Obwody chipa IBM są wykonane z metali, które po schłodzeniu do ekstremalnie niskich temperatur stają się nadprzewodnikami. Chip działa tylko ułamek stopnia powyżej zera absolutnego.

Chip IBM zawiera tylko najprostszą możliwą siatkę, cztery kubity w tablicy dwa na dwa. Ale wcześniej naukowcy wykazali, że mogą operować kubitami tylko wtedy, gdy są ułożone w linii. W przeciwieństwie do konwencjonalnych bitów binarnych, kubit może wejść w stan superpozycji, w którym w rzeczywistości jest to zarówno 0, jak i 1 w tym samym czasie. Gdy kubity w tym stanie współpracują ze sobą, mogą wykonywać złożone obliczenia w sposób niemożliwy dla konwencjonalnego sprzętu. Google, NASA, Microsoft, IBM i rząd USA pracują nad technologią.

Istnieją różne sposoby wytwarzania kubitów, przy czym obwody nadprzewodnikowe, takie jak te używane przez IBM i Google, są jednymi z najbardziej obiecujących. Jednak wszystkie kubity cierpią z powodu faktu, że efekty kwantowe, których używają do reprezentowania danych, są bardzo podatne na zakłócenia. Wiele bieżących prac koncentruje się na pokazaniu, że małe grupy kubitów mogą wykryć, kiedy wystąpiły błędy, aby można je było obejść lub poprawić.

Na początku tego roku naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i Google ogłosili, że stworzyli chip z dziewięcioma kubitami nadprzewodnikowymi ułożonymi w linii (Google Researchers Make Quantum Computing Components bardziej niezawodne). Niektóre kubity w tym systemie mogą wykryć, kiedy inne urządzenia doznają błędu zwanego przerzuceniem bitów, w którym kubit reprezentujący 0 zmienia się na 1 lub odwrotnie.

Jednak kubity cierpią również z powodu drugiego rodzaju błędu, znanego jako odwrócenie fazy, w którym stan superpozycji kubitu zostaje zniekształcony. Kubity mogą to wykryć tylko w innych kubitach, jeśli działają razem w tablicy 2D, mówi Jay Gambetta , który kieruje grupą badawczą IBM zajmującą się obliczeniami kwantowymi w T.J. Centrum badawcze Watson w Yorktown Heights w stanie Nowy Jork.

W opublikowanym dzisiaj artykule szczegółowo opisano, w jaki sposób układ IBM z czterema kubitami ułożonymi w kwadrat może wykrywać zarówno zmiany bitów, jak i fazy. Jedna para kubitów jest sprawdzana pod kątem błędów przez drugą parę kubitów. Jedna z par wykonujących sprawdzanie szuka przerzutów bitów, a druga przerzutów fazowych.

To odskocznia w kierunku zademonstrowania większego kwadratu, mówi Gambetta. W miarę powiększania się kwadratu pojawią się inne wyzwania, ale na najbliższe kilka kroków wygląda to bardzo optymistycznie.

Gambetta mówi, że jego zespół musiał starannie zaprojektować nowy układ, aby przezwyciężyć problemy z zakłóceniami spowodowane przez umieszczenie czterech kubitów tak blisko siebie. Eksperymentują już z chipem, który ma siatkę ośmiu kubitów w prostokącie dwa na cztery, mówi.

Raymond Laflamme , dyrektor instytutu obliczeń kwantowych na Uniwersytecie Waterloo w Kanadzie, opisuje wyniki IBM jako ważny kamień milowy [w kierunku] niezawodnych procesorów kwantowych. Pokonywanie błędów to jeden z najważniejszych problemów w branży. Obliczenia kwantowe zapowiadają się na wiele zadziwiających zastosowań, ale utrudnia je kruchość informacji kwantowych.

Prawdziwe rozwiązanie tego problemu wymaga pójścia o krok dalej niż najnowsze wyniki IBM i poprawienia błędów kubitowych, a także ich wykrycia. Można to zademonstrować tylko na większej siatce kubitów, mówi Laflamme. Jednak nie wszyscy badacze zajmujący się obliczeniami kwantowymi uważają, że kubity, takie jak te budowane w IBM, Google i gdzie indziej, będą kiedykolwiek działać w dużych kolekcjach. Badacze z Microsoftu i Bell Labs pracują nad stworzeniem zupełnie innego projektu kubitu, który powinien być przede wszystkim mniej podatny na błędy (zobacz mechanikę kwantową Microsoftu).

ukryć