Miks veaparandus on kvantandmetöötluse määrav väljakutse – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge-physics-world-3.jpg" data-caption="Nende eeliste ärakasutamine Kvantarvutid muutuvad kasulikuks alles siis, kui riist- ja tarkvaratööriistad suudavad kontrollida oma olemuselt ebastabiilseid kubitte. (Viisakalt: Riverlane)”>

"Puuduvad veenvad argumendid, mis viitaksid sellele, et sellele leitakse äriliselt elujõulisi rakendusi ei kasutage kvantveaparanduskoode ja tõrketaluvat kvantarvutust. Nii ütles Caltechi füüsik John Preskill kõne ajal 2023i lõpus Q2B23 kohtumisel Californias. Lihtsalt, igaüks, kes soovib ehitada praktilist kvantarvutit, peab leidma viisi, kuidas vigadega toime tulla.

Kvantarvutid muutuvad üha võimsamaks, kuid nende põhilised ehitusplokid – kvantbitid ehk kubitid – on väga vigased, mis piirab nende laialdast kasutamist. Ei piisa lihtsalt kvantarvutite ehitamisest rohkemate ja paremate kubitidega. Kvantarvutusrakenduste täieliku potentsiaali vabastamiseks on vaja uusi riist- ja tarkvaratööriistu, mis suudavad kontrollida loomupäraselt ebastabiilseid kubitte ja igakülgselt parandada süsteemivigu 10 miljardit korda või rohkem sekundis.

Preskilli sõnad kuulutasid sisuliselt koidu nn Kvantveaparandus (QEC) ajastu. QEC See ei ole uus idee ja ettevõtted on aastaid arendanud tehnoloogiaid, et kaitsta kubitidena salvestatud teavet mürast põhjustatud vigade ja ebaühtluse eest. Uus on aga loobumine ideest, et tänapäeva mürarikkad keskmise skaala seadmed (NISQ) võiksid ületada klassikalisi superarvuteid ja käivitada praegu võimatuid rakendusi.

Muidugi, NISQ – termin, mille võttis kasutusele Preskill – oli oluline samm teekonnal veataluvuse poole. Kuid kvanttööstus, investorid ja valitsused peavad nüüd mõistma, et vigade parandamine on kvantandmetöötluse määrav väljakutse.

Aja küsimus

QEC on juba ainuüksi viimase aasta jooksul näinud enneolematut edu. Aastal 2023 Google näitas, et 17 kubitine süsteem suudab taastuda ühest veast ja 49 kubitine süsteem kahest veast (loodus 614 676). Amazon vabastas kiibi, mis summutas vead 100 korda IBMi teadlased avastas uue veaparandusskeemi, mis töötab 10 korda vähemate kubitidega (arXiv: 2308.07915). Seejärel tootis aasta lõpus Harvardi ülikooli kvantspin-out Quera seni suurima arvu veaparandatud qubitid .

Dekodeerimine, mis muudab paljud ebausaldusväärsed füüsilised kubitid üheks või mitmeks usaldusväärseks "loogiliseks" kubitiks, on QEC-tehnoloogia põhitehnoloogia. Selle põhjuseks on asjaolu, et suuremahulised kvantarvutid genereerivad igas sekundis terabaite andmeid, mis tuleb dekodeerida sama kiiresti kui need saadakse, et peatada vigade levimine ja arvutuste kasutuks muutmine. Kui me ei dekodeeri piisavalt kiiresti, seisame silmitsi probleemiga hüppeliselt kasvav andmemaht.

Minu enda firma – Riverlane – tutvustas eelmisel aastal maailma võimsaim kvantdekooder. Meie dekooder lahendab selle mahajäämuse probleemi, kuid see on endiselt olemas veel palju tööd teha. Ettevõte arendab praegu "voogesituse dekoodereid", mis suudavad töödelda pidevaid mõõtmistulemuste vooge nende saabumisel, mitte pärast katse lõppu. Kui oleme selle eesmärgi saavutanud, on veel tööd teha. Ja dekooderid on vaid üks QEC-i aspektidest – me vajame ka suure täpsusega kiireid "juhtsüsteeme" kubittide lugemiseks ja kirjutamiseks.

Kuna kvantarvutite skaleerimine jätkub, peavad need dekooder- ja juhtimissüsteemid töötama koos, et toota veatuid loogilisi kubiteid ning 2026. aastaks on Riverlane'i eesmärk ehitada adaptiivne ehk reaalajas dekooder. Tänapäeva masinad on võimelised tegema vaid paarsada veavaba toimingut, kuid tulevased arendused töötavad kvantarvutitega, mis on võimelised töötlema miljonit veavaba kvantoperatsiooni (tuntud kui MegaQuOp).

Riverlane ei ole sellistes ettevõtmistes üksi ja teised kvantettevõtted seavad nüüd QEC prioriteediks. IBM ei ole varem QEC-tehnoloogia kallal töötanud, keskendudes selle asemel rohkematele ja parematele kubitidele. Aga firma oma 2033. aasta kvantteekaart väidab, et IBM-i eesmärk on ehitada kümnendi lõpuks 1000-kubitine masin, mis on võimeline tegema kasulikke arvutusi, näiteks simuleerima katalüsaatorimolekulide tööd.

Quera samal ajal avalikustas hiljuti oma tegevuskava mis seab prioriteediks ka QEC, samas kui Ühendkuningriigi riiklik kvantstrateegia eesmärk on ehitada 2035. aastaks kvantarvuteid, mis suudavad käivitada triljonit veavaba operatsiooni (TeraQuOps). Teised riigid on avaldanud sarnased plaanid ja 2035. aasta eesmärk tundub saavutatav, osaliselt seetõttu, et kvantarvutite kogukond on hakanud püüdlema väiksemate ja järkjärguliste arvutuste poole, kuid sama ambitsioonikad – eesmärgid.

Mis mind Ühendkuningriigi riikliku kvantstrateegia puhul tõeliselt erutab, on eesmärk saada 2028. aastaks MegaQuOp masin. Jällegi, see on realistlik eesmärk – tegelikult väidan isegi, et me jõuame MegaQuOp režiimini varem, see on põhjus, miks Riverlane'i QEC-lahendus Deltaflow on valmis nende MegaQuOp masinatega töötama aastaks 2026. Me ei vaja MegaQuOp kvantarvuti ehitamiseks radikaalselt uut füüsikat – ja selline masin aitab meil kvantvigu paremini mõista ja profileerida.

Kui oleme nendest vigadest aru saanud, saame hakata neid parandama ja jätkata TeraQuOpi masinate poole. TeraQuOp on ka ujuv sihtmärk – ja nii QEC-i kui ka mujal tehtud täiustused võivad kaasa tuua 2035. aasta eesmärgi saavutamise paar aastat varem.

On vaid aja küsimus, millal kvantarvutid ühiskonnale kasulikud on. Ja nüüd, kui oleme kooskõlastatud keskendunud kvantvigade parandamisele, jõuame selle pöördepunktini pigem varem kui hiljem.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/