IBM pokonało największą przeszkodę w komputerach kwantowych: „Starling” pojawi się w 2029 r.

IBM twierdzi, że rozwiązało jedną z największych przeszkód technicznych, z jakimi borykają się komputery kwantowe: korekcję błędów. Naukowcy firmy ogłosili, że planują uruchomić pierwszy na świecie komputer kwantowy na dużą skalę, odporny na błędy, do 2029 r.

20 TYSIĘCY RAZY MOCNIEJSZY

Badania IBM sugerują, że możliwy jest system 20 000 razy potężniejszy od obecnych systemów kwantowych. Oczekuje się, że nowy system, który firma nazywa „Starling”, będzie w stanie wykonać 100 milionów operacji kwantowych przy użyciu około 200 kubitów logicznych. To odpowiada około 10 000 kubitów fizycznych, powiedzieli przedstawiciele IBM.

W oparciu o ten system planowane jest uruchomienie w 2033 roku modelu na większą skalę o nazwie „Blue Jay”. Blue Jay będzie w stanie wykonać 1 miliard operacji kwantowych przy użyciu 2000 kubitów logicznych.

CO TO JEST KUBIT?

Dzisiejsze komputery działają przy użyciu „bitów”, najmniejszej jednostki, która reprezentuje informacje cyfrowe. Bit może mieć tylko jedną z dwóch wartości: 0 lub 1. Wszystkie dane są reprezentowane przez kombinacje tych 0 i 1. Na przykład informacje w plikach, takich jak tekst, obrazy i dźwięk, są przechowywane i przetwarzane przez układanie bitów w określony sposób.

Można również myśleć o tych bitach jako o przełącznikach, które włączają i wyłączają prąd w codziennych potrzebach. Powiedzmy, że „0” wyłącza go, a „1” włącza. Wszystkie dane w komputerach działają poprzez „włączanie i wyłączanie” w określonych wzorcach.

Komputery kwantowe wykorzystują „bity kwantowe” lub „kubity”. Dzięki funkcji superpozycji mechaniki kwantowej kubity mogą przenosić jednocześnie 0 i 1. Innymi słowy, kubity są podobne do elektryczności, która jest zarówno włączona, jak i wyłączona. Zasada superpozycji pozwala kubitom wykonywać wiele obliczeń jednocześnie.

REWOLUCJA LOGICZNEGO QUBIT

Kubit logiczny to bardziej niezawodny typ kubitu wirtualnego, który powstaje przez połączenie wielu kubitów fizycznych i jest chroniony przez algorytmy korekcji błędów. Do utworzenia kubitu logicznego potrzeba około 50 do 100 kubitów fizycznych. Liczba ta zmienia się w zależności od użytej metody korekcji błędów.

Chociaż teoretycznie komputery kwantowe są bardzo wydajne, fizyczne kubity działające w świecie rzeczywistym są bardzo delikatne i łatwo popełniają błędy, co stanowi jeden z największych problemów komputerów kwantowych.

KLUCZ DO SKALOWANIA: KOD LDPC

Dwa nowe badania, udostępnione przez IBM na stronie arXiv 2 i 3 czerwca, wprowadziły nowe techniki usuwania i korygowania błędów, których celem jest zmniejszenie wskaźników błędów w systemach kwantowych. Stwierdzono, że te metody pozwalają sprzętowi skalować się do dziewięciu razy wydajniej niż wcześniej, co oznacza, że ​​system można rozbudować, aby uzyskać większą moc przetwarzania przy mniejszych zasobach.

Najbardziej widocznym elementem badań są kody kontroli parzystości o niskiej gęstości (LDPC). To nowe podejście umożliwia osiągnięcie bardziej wydajnych wyników w komputerach kwantowych, wykorzystując mniej kubitów niż poprzednie paradygmaty korekcji błędów. IBM twierdzi, że opracowało „paradygmat odporności na błędy”, który może przesunąć sprzęt kwantowy poza jego dotychczasowe ograniczenia.

„Przeszkody naukowe już minęły. Pozostała tylko inżynieria” — powiedział Live Science Jay Gambetta, wiceprezes ds. operacji kwantowych w IBM.

OD KOREKCJI BŁĘDÓW DO TRWAŁOŚCI

Komputery kwantowe już istnieją, ale mogą działać szybciej niż komputery klasyczne tylko w określonych scenariuszach testowych. Głównym powodem tego jest trudność w skalowaniu jednostek przetwarzania kwantowego (QPU). Wraz z dodawaniem każdego nowego kubitu do systemu wzrasta „szum” lub współczynnik błędów spowodowany naturą mechaniki kwantowej. Stwierdzono, że problem ten został w dużej mierze przezwyciężony dzięki kodom LDPC. Nowy system kodowania działa o 90 procent szybciej w operacjach korekcji błędów. IBM ogłosiło, że zintegruje tę technologię z architekturą Loon QPU, następcą obecnej architektury Heron.

100 MILIONÓW TRANSAKCJI

Oczekuje się, że system „Starling” umożliwi 100 milionów operacji kwantowych przy użyciu 200 kubitów logicznych. Przedstawiciele IBM twierdzą, że ten cel będzie możliwy do osiągnięcia tylko dzięki technologiom takim jak LDPC.

Firma poinformowała również o udostępnieniu zestawu narzędzi programistycznych typu open source o nazwie Qiskit 2.0, które mają pomóc programistom przygotować się na nowe systemy kwantowe.

Blake Johnson, lider zespołu IBM Quantum Engine, powiedział: „Celem jest przejście od korekcji błędów do faktycznej korekcji błędów”, podkreślając, że dziedzina kwantowa przechodzi obecnie od eksperymentalnych testów sprzętu do technologii gotowej do użycia.