Google wprowadziło nowy układ obliczeń kwantowych o nazwie Willow, który stanowi bezprecedensowy kamień milowy w korekcji błędów kwantowych.
Wykonuje również złożone zadanie testowe w czasie krótszym niż pięć minut, a obliczenia wykonałby superkomputer Frontier około 10 septylionów lat.
Granica superkomputer firmy Hewlett Packard Enterprise (HPE), znany również jako OLCF-5, to pierwszy na świecie zweryfikowany superkomputer eksaskalowy zdolny do wykonywania ponad jednego kwintyliona obliczeń na sekundę (1,1 exaflopsa).
To osiągnięcie opiera się na wcześniejszych demonstracjach kwantowych firmy, w tym debiut chipa Google Sycamore w 2019 roku. Sukces Willow przybliża branżę do praktycznych urządzeń kwantowych zdolnych do obliczeń, których nie jest w stanie wykonać klasyczny sprzęt.
Skalowanie do 105 kubitów
Chip Willow, wykonany w ośrodku kwantowym Google w Santa Barbara, zawiera 105 kubitów, czyli prawie dwukrotnie więcej niż 53 kubity 53-kubitowego procesora Google Sycamore.
A kubit to podstawowa jednostka miary informacje w obliczeniach kwantowych, podobne do zwykłego bitu komputerowego, ale może istnieć w wielu stanach kwantowych jednocześnie, co pozwala na bardziej złożone obliczenia.
Oprócz prostego dodania większej liczby kubitów badacze Willow udowodnili, że błędy nie rosną w niekontrolowany sposób wraz ze skalą.
Zamiast tego, grupując fizyczne kubity w jednostki logiczne, Willow stał się bardziej niezawodny, ponieważ stał się większy. „Innymi słowy, osiągnęliśmy wykładniczą redukcję poziomu błędów” – powiedział dr Hartmut Neven, założyciel i kierownik Google Quantum AI.
„To historyczne osiągnięcie jest znane w branży jako „poniżej progu’— możliwość ograniczenia błędów podczas zwiększania liczby kubitów.”
Naukowcy wykazali, że tworzenie kubitów logicznych w coraz większych siatkach — od 3×3 do 5×5 do 7×7 — wykładniczo zmniejszona liczba błędów. Potwierdza to, że gdy jakość kubitów przekroczy określoną linię, skalowanie w górę nie zwiększa błędów, ale zamiast tego je ogranicza.
Michael Newman, pracownik naukowy w Google Quantum AI, odniósł się do początków tego pomysłu: „ W latach 90. po raz pierwszy zaproponowano, że jeśli kubity są wystarczająco dobre, jeśli przejdą jakąś magiczną linię zwaną progiem korekcji błędu kwantowego…”. ten teoretyczny próg w fakt eksperymentalny.
[osadzone treści]
Losowe próbkowanie obwodów (RCS) to wybrany test w celu sprawdzenia wydajności wykraczającej poza klasyczną. Jest to kwantowe zadanie obliczeniowe, które obejmuje pobieranie próbek z rozkładu prawdopodobieństwa wyników dla losowo generowanych obwodów kwantowych.
RCS jest wiodącym kandydatem do wykazania supremacji kwantowej, ponieważ został zaprojektowany tak, aby symulacja była zbyt trudna dla klasycznych komputerów, a jednocześnie możliwa do wdrożenia przez komputery kwantowe.
W 2019 r. firma Sycamore ukończyła test porównawczy RCS w nieco ponad trzy minuty, co wcześniej szacowano, że zadanie to zajmie najwyższej klasy superkomputerowi tysiące lat.
Teraz Willow robi postępy ten punkt odniesienia radykalnie. Jeden test RCS, który Willow wykona w czasie krótszym niż pięć minut, stanowi wyzwanie dla Frontiera na 10 septylionów (10^25) lat.
„Jeśli nie możesz wygrać w losowym próbkowaniu obwodów, nie możesz wygrać w żadnym innym algorytmie albo. Następnym zadaniem jest przeszkolenie tej ogromnej mocy obliczeniowej do zadania, którym zająłby się główny nurt” – powiedział dr Neven.
Dłuższa spójność i potencjał praktyczny
Kubity Willow zachowują spójność – zachowując stany kwantowe – około pięć razy dłużej niż wcześniejsze urządzenia czasy koherencji poszerzają zakres skomplikowanych obliczeń i jeszcze bardziej zwiększają stabilność chipa.
Chociaż RCS udowadnia, że maszyny kwantowe mogą przekraczać klasyczne ograniczenia, kolejnym krokiem jest zastosowanie ich mocy do rozwiązywania problemów istotnych dla przemysłu i badań zastosowania w świecie rzeczywistym mogą obejmować symulowanie złożonych cząsteczek na potrzeby odkrywania leków lub modelowanie materiałów na poziomie atomowym.
[treść osadzona]
W kierunku użytecznej kwantowości Obliczenia
Ukazując, że systemy kwantowe mogą wykonywać zadania wykraczające poza klasyczne zadania bez wymykającego się spod kontroli poziomu błędów, Willow przygotowuje grunt pod nowe praktyczne zastosowania. Plan działania Google sugeruje, że z biegiem czasu obliczenia kwantowe mogą stać się równie niezbędne, jak dzisiejsze klasyczne superkomputery.
Wydajność Willow — osiągająca korekcję błędów poniżej progu i znacznie przewyższająca klasyczny sprzęt — wskazuje, że nadchodzi długo oczekiwana era użytecznych obliczenia kwantowe mogą w końcu się zbliżać.
