Ten nowy startup zbudował rekordowy 256-kubitowy komputer kwantowy

Pani Tech | Chciałem Computing / Harvard

W końcu fizycy z Harvardu i MIT znaleźli zabójczą aplikację do obliczeń kwantowych: Mario Bros. GIF utworzony z kubitów. Kubity (bity kwantowe) można również ułożyć w projekt Space Invaders, Tetris lub dowolny inny kształt — Twoim życzeniem geometrycznym jest polecenie kubitów.

GIF-y zostały zaoferowane przez QuEra Computing, bostoński start-up wyłaniający się z ukrycia, aby pochwalić się programowalnością ich 256-kubitowego symulatora kwantowego — specjalnego komputera kwantowego stworzonego do rozwiązywania niektórych rodzajów problemów.

Maszyna QuEra to najnowszy krok w zwiększaniu obliczeń kwantowych, aby uczynić ją bardziej wydajną i zdolną do rozwiązywania praktycznych problemów. Więcej kubitów oznacza, że ​​można przechowywać i przetwarzać więcej informacji, a naukowcy opracowujący tę technologię ścigają się, aby stale podnosić poprzeczkę.

Powiązana historia

Wyższość kwantowa od Google? Nie tak szybko, mówi IBM. Konkurencyjny producent komputerów kwantowych kwestionuje bardzo chwalone twierdzenie, że Google osiągnął nowy kamień milowy.

W 2019 r. Google ogłosił, że jego 53-kubitowa maszyna osiągnęła supremację kwantową — wykonując zadanie, którego nie może zarządzać konwencjonalny komputer — ale IBM zakwestionował to twierdzenie. Ten sam rok, IBM uruchomił swój 53-bitowy komputer kwantowy . W 2020 roku IonQ zaprezentowała 32-kubitowy system, który według firmy był najpotężniejszym komputerem kwantowym na świecie. I właśnie w tym tygodniu IBM wprowadził na rynek swój nowy 127-kubitowy procesor kwantowy, który w komunikacie prasowym opisano jako drobny cud projektowania. Z mojej perspektywy wielką wiadomością jest to, że to działa, mówi Jay Gambetta, wiceprezes IBM ds. obliczeń kwantowych.

Teraz QuEra twierdzi, że stworzyła urządzenie z dużo większą liczbą kubitów niż którykolwiek z tych rywali.

Ostatecznym celem obliczeń kwantowych nie jest oczywiście granie w Tetrisa, ale przewyższanie klasycznych komputerów w rozwiązywaniu praktycznych problemów. Entuzjaści uważają, że kiedy te komputery staną się wystarczająco potężne, być może za dekadę lub dwie, mogą przynieść transformacyjne efekty w dziedzinach takich jak medycyna i finanse, neuronauka i sztuczna inteligencja. Maszyny kwantowe prawdopodobnie będą potrzebować tysięcy kubitów, aby poradzić sobie z tak złożonymi problemami.

Liczba kubitów nie jest jednak jedynym czynnikiem, który ma znaczenie.

QuEra zachwala również ulepszoną programowalność swojego urządzenia, w którym każdy kubit jest pojedynczym, ultrazimnym atomem. Atomy te są precyzyjnie ułożone za pomocą serii laserów (fizycy nazywają je szczypcami optycznymi). Pozycjonowanie kubitów umożliwia zaprogramowanie maszyny, dostrojenie jej do badanego problemu, a nawet rekonfigurację w czasie rzeczywistym podczas procesu obliczeniowego.

Różne problemy będą wymagały umieszczenia atomów w różnych konfiguracjach, mówi Alex Keesling, dyrektor generalny QuEra i współtwórca technologii. Jedną z wyjątkowych cech naszej maszyny jest to, że za każdym razem, gdy ją uruchamiamy, kilka razy na sekundę, możemy całkowicie przedefiniować geometrię i łączność kubitów.

Przewaga atomu

Maszyna QuEra została zbudowana na podstawie planu i technologii dopracowywanych przez kilka lat, kierowanych przez Mikhaila Lukina i Markusa Greinera z Harvardu oraz Vladana Vuletića i Dirka Englunda z MIT (wszyscy należą do zespołu założycielskiego QuEra). W 2017 roku używany był tylko wcześniejszy model urządzenia z grupy Harvard 51 kubitów ; w 2020 roku zademonstrowali 256-kubitowa maszyna . W ciągu dwóch lat zespół QuEra spodziewa się osiągnąć 1000 kubitów, a następnie, bez większych zmian platformy, ma nadzieję na dalsze skalowanie systemu poza setki tysięcy kubitów.

Mario z kubitów.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

To unikalna platforma QuEra — fizyczny sposób, w jaki system jest montowany oraz metoda kodowania i przetwarzania informacji — powinna umożliwić takie skoki skali.

Podczas gdy systemy obliczeń kwantowych Google i IBM używają nadprzewodzących kubitów, a IonQ wykorzystuje uwięzione jony, platforma QuEra wykorzystuje macierze neutralnych atomów, które wytwarzają kubity o imponującej spójności (czyli o wysokim stopniu kwantowości). Maszyna wykorzystuje impulsy laserowe, aby atomy oddziaływały, pobudzając je do stanu energetycznego — stanu Rydberga, opisanego w 1888 roku przez szwedzkiego fizyka Johannesa Rydberga — w którym mogą wykonywać logikę kwantową w solidny sposób z dużą wiernością. Ten Podejście Rydberga do obliczenia kwantowe był opracowywany od kilkudziesięciu lat, ale postęp technologiczny – na przykład w zakresie laserów i fotoniki – był potrzebny, aby działał niezawodnie.

Nieracjonalnie żywiołowy

Kiedy informatyk Umesh Vazirani, dyrektor Centrum Obliczeń Kwantowych w Berkeley, po raz pierwszy dowiedział się o badaniach Lukina w tym kierunku, poczuł się irracjonalnie żywiołowy – wydawało się to cudownym podejściem, chociaż Vazirani kwestionował, czy jego intuicje były w kontakcie z rzeczywistością. „Mieliśmy wiele dobrze rozwiniętych ścieżek, takich jak nadprzewodniki i pułapki jonowe, nad którymi pracowaliśmy od dawna”, mówi. Czy nie powinniśmy myśleć o różnych schematach? Skontaktował się z Johnem Preskillem, fizykiem z Kalifornijskiego Instytutu Technologii i dyrektorem Instytutu Informacji i Materii Kwantowej, który zapewnił Vaziraniego, że jego entuzjazm jest uzasadniony.

Preskill uważa, że ​​platformy Rydberga (nie tylko QuEra) są interesujące, ponieważ wytwarzają silnie oddziałujące kubity, które są mocno splątane – i na tym polega magia kwantowa, mówi. Jestem bardzo podekscytowany potencjałem w stosunkowo krótkim czasie do odkrywania nieoczekiwanych rzeczy.

Oprócz symulacji i zrozumienia materiały i dynamika kwantowa — które Lukin nazywa pierwszymi przykładami użytecznej przewagi kwantowej w zastosowaniach naukowych — naukowcy pracują również nad algorytmami kwantowymi do rozwiązywania problemów optymalizacji obliczeniowej, które są NP-zupełne (to znaczy bardzo ciężko).

Jednym z inwestorów QuEra jest Rakuten, japońska firma świadcząca usługi internetowe, e-commerce i fintech, która jest zainteresowana zbadaniem problemu optymalizacji lokalizacji anten dla usług mobilnych 4G i 5G. Technologia ta obiecuje również rozwiązanie wielu problemów związanych z optymalizacją, od tras dostaw, portfela akcji, wyszukiwarek po rekomendacje, mówi Takuya Kitagawa, dyrektor ds. danych w Rakuten. Marzenie jest wielkie.

Preskill nie jest jednak szczególnie optymistyczny, że maszyna QuEra przewyższy klasyczne algorytmy rozwiązywania problemów optymalizacyjnych. To on ukuł termin supremacja kwantowa (opisujący punkt, w którym komputery kwantowe mogą robić rzeczy, których klasyczne komputery nie potrafią) i zauważa: wkrótce. Ale z pewnością warto to zbadać.

Preskillowi zależy na planie QuEra, aby jego platforma była szeroko dostępna dla badań i rozwoju. Jak mówi, posiadanie większej społeczności ludzi wygłupiających się i bawiących się maszynami pomoże dowiedzieć się, w czym są dobrzy. Miejmy nadzieję, że nie będą spędzać czasu tylko na graniu w Tetris i Space Invaders.

ukryć