Google predstavio najsuvremeniji kvantni procesor

Julian Kelly, direktor hardvera u Google Quantum AI, predstavio je najnoviji kvantni čip pod nazivom Willow, koji prema njegovim riječima ima najsuvremeniju izvedbu u nizu metrika, što omogućuje dva velika postignuća.

Prvi je da Willow može eksponencijalno smanjiti pogreške kako se povećava korištenje više qubita. Ovo rješava ključni izazov u kvantnom ispravljanju pogrešaka kojim se ovo polje bavi gotovo 30 godina.

Drugo, Willow je izveo standardni benchmark izračun za manje od pet minuta za koji bi jednom od današnjih najbržih superračunala trebalo 10 septilijuna (to jest, 10 na 25) godina, što je broj koji uvelike premašuje starost Svemira.

Pogreške su jedan od najvećih izazova u kvantnom računalstvu, budući da kubiti, jedinice računanja u kvantnim računalima, imaju tendenciju brze razmjene informacija sa svojom okolinom, što otežava zaštitu informacija potrebnih za dovršetak izračuna. Obično što više qubita koristite, to će se pojaviti više grešaka i sustav postaje klasičan.

Kelly i njegov tim u časopisu Nature su objavili rezultate koji pokazuju da što više qubita koriste u Willowu, to se više smanjuju pogreške i sustav postaje kvantniji. Testirali su sve veće nizove fizičkih kubita, povećavajući se od rešetke od 3x3 kodiranih kubita, do mreže od 5x5 i 7x7. Svaki put, koristeći najnoviji napredak u kvantnom ispravljanju pogrešaka, uspjeli su smanjiti stope pogrešaka na pola.

Drugim riječima, postigli su eksponencijalno smanjenje stope pogreške. Ovo povijesno postignuće poznato je kao "ispod praga", što se odnosi na mogućnost smanjivanja pogrešaka uz povećanje broja qubita.

"Kao prvi sustav ispod praga, ovo je najuvjerljiviji prototip za skalabilni logički qubit izgrađen do danas. To je snažan znak da se doista mogu izgraditi korisna, vrlo velika kvantna računala. Willow nas približava pokretanju praktičnih, komercijalno relevantnih algoritama koji se ne mogu replicirati na konvencionalnim računalima", navodi Kelly u ovom videu.

Kao mjeru izvedbe Willow koristili su referentnu vrijednost uzorkovanja slučajnog kruga (RCS), što je klasično najteže mjerilo (benchmark) koje se danas može napraviti na kvantnom računalu. Ovo možete zamisliti kao ulaznu točku za kvantno računalstvo. Provjerava radi li kvantno računalo nešto što se ne može učiniti na klasičnom računalu. Prema riječima Kellya, svaki tim koji gradi kvantno računalo trebao bi prvo provjeriti može li pobijediti klasična računala na RCS-u.

Willowov učinak na ovom mjerilu je zadivljujući, izvršio je izračun za manje od pet minuta za koji bi jednom od najbržih superračunala današnjice trebalo 10 na 25 ili 10 septilijuna godina. Ako želite  napisati, to je  10,000,000,000,000,000,000,000,000 godina. Ovaj zapanjujući broj premašuje poznate vremenske okvire u fizici, ali i starost svemira.

"To daje vjerodostojnost ideji da se kvantno računanje događa u mnogim paralelnim svemirima, u skladu s idejom da živimo u multiverzumu, što je predviđanje koje je prvi iznio David Deutsch", kaže Kelly.

Willow je proizveden u novom proizvodnom pogonu u Santa Barbari, jednom od samo nekoliko objekata u svijetu izgrađenih iz temelja za tu svrhu. Inženjerstvo sustava ključno je pri projektiranju i izradi kvantnih čipova. Sve komponente čipa, kao što su jednostruka i dvokubitna vrata, resetiranje kubita i očitavanje, moraju biti istovremeno dobro projektirane i integrirane. Ako bilo koja komponenta zaostaje ili ako dvije komponente ne rade dobro zajedno, to smanjuje performanse sustava.

Stoga maksimiziranje performansi sustava informira sve aspekte procesa, od arhitekture čipa i izrade do razvoja i kalibracije vrata.

Sa 105 qubita, Willow sada ima najbolju izvedbu u klasi u dvama razmotrenim referentnim vrijednostima sustava: kvantnom ispravljanju pogrešaka i nasumičnim uzorkovanju kruga. Takva algoritamska mjerila najbolji su način za mjerenje ukupne performanse čipa.

Kelly kaže da je sljedeći izazov za ovo područje je pokazati prvo "korisno, izvan klasičnog" izračunavanje na današnjim kvantnim čipovima koje je relevantno za primjenu u stvarnom svijetu.

"Optimistični smo da nam Willow generacija čipova može pomoći u postizanju ovog cilja. Do sada su postojale dvije odvojene vrste eksperimenata. S jedne strane, pokrenuli smo RCS benchmark, koji mjeri performanse u odnosu na klasična računala, ali nema poznatih aplikacija u stvarnom svijetu. S druge strane, radili smo znanstveno zanimljive simulacije kvantnih sustava, koje su dovele do novih znanstvenih otkrića, ali su još uvijek u dosegu klasičnih računala. Naš cilj je učiniti oboje u isto vrijeme, zakoračiti u područje algoritama koji su izvan dosega klasičnih računala i koji su korisni za stvarne, komercijalno relevantne probleme", zaključio je Julian Kelly.