Чому виправлення помилок є визначальним завданням квантових обчислень – 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="Використовуючи свою перевагу Квантові комп’ютери стануть корисними тільки тоді, коли апаратні та програмні засоби зможуть контролювати нестабільні за своєю суттю кубіти. (З дозволу: Riverlane)”>

«Немає переконливих аргументів, які вказують на те, що комерційно життєздатні програми будуть знайдені НЕ використовуйте квантові коди для виправлення помилок і відмовостійкі квантові обчислення». Про це під час виступу заявив фізик Каліфорнійського технологічного інституту Джон Прескілл наприкінці 2023 року на зустрічі Q2B23 у Каліфорнії. Простіше кажучи, кожен, хто хоче створити практичний квантовий комп’ютер, повинен буде знайти спосіб усунути помилки.

Квантові комп’ютери стають дедалі потужнішими, але їхні фундаментальні будівельні блоки – квантові біти або кубіти – дуже схильні до помилок, що обмежує їх широке використання. Недостатньо просто створювати квантові комп’ютери з більшою кількістю і кращих кубітів. Розкриття повного потенціалу додатків для квантових обчислень вимагатиме нових апаратних і програмних інструментів, які зможуть контролювати за своєю суттю нестабільні кубіти та комплексно виправляти системні помилки 10 мільярдів разів або більше на секунду.

Слова Прескілла по суті оголосили світанок т. зв Квантова корекція помилок (QEC) ера. QEC це не нова ідея, і фірми протягом багатьох років розробляють технології захисту інформації, що зберігається в кубітах, від помилок і декогерентності, спричинених шумом. Що нового, однак, це відмова від ідеї про те, що сучасні шумні пристрої проміжного масштабу (NISQ) можуть перевершити класичні суперкомп’ютери та запускати програми, які зараз неможливі.

Звичайно, NISQ — термін, який придумав Preskill — був важливою сходинкою на шляху до відмовостійкості. Але квантова індустрія, інвестори та уряди тепер повинні усвідомити, що виправлення помилок є визначальним завданням для квантових обчислень.

Питання часу

Лише за останній рік QEC вже досяг безпрецедентного прогресу. У 2023 році Google продемонстрував, що 17-кубітна система може відновлюватися після однієї помилки, а 49-кубітна система – після двох помилок (природа 614 676). Amazon випустив чіп, який пригнічував помилки 100 разів, тоді як Вчені IBM виявив нову схему виправлення помилок, яка працює з у 10 разів меншою кількістю кубітів (arXiv: 2308.07915). Потім наприкінці року квантовий підрозділ Quera Гарвардського університету створив найбільшу кількість кубіти з виправленими помилками .

Декодування, яке перетворює багато ненадійних фізичних кубітів в один або кілька надійних «логічних» кубітів, є основною технологією QEC. Це тому, що великомасштабні квантові комп’ютери генеруватимуть терабайти даних щосекунди, які потрібно декодувати так само швидко, як вони отримані, щоб зупинити поширення помилок і зробити обчислення марними. Якщо ми не будемо декодувати достатньо швидко, ми зіткнемося з експоненційно зростаючий резерв даних.

Минулого року була представлена ​​моя власна компанія – Riverlane найпотужніший у світі квантовий декодер. Наш декодер вирішує цю проблему, але вона все ще є ще багато роботи. Зараз компанія розробляє «потокові декодери», які можуть обробляти безперервні потоки результатів вимірювань у міру їх надходження, а не після завершення експерименту. Коли ми досягнемо цієї мети, буде ще багато роботи. А декодери — це лише один аспект QEC — нам також потрібні високоточні, високошвидкісні «системи керування» для читання та запису кубітів.

Оскільки квантові комп’ютери продовжують масштабуватися, ці декодери та системи керування повинні працювати разом, щоб виробляти безпомилкові логічні кубіти, і до 2026 року Riverlane прагне побудувати адаптивний декодер реального часу. Сучасні машини здатні виконувати лише кілька сотень безпомилкових операцій, але майбутні розробки працюватимуть із квантовими комп’ютерами, здатними обробляти мільйон безпомилкових квантових операцій (відомих як MegaQuOp).

Riverlane не єдиний у таких починаннях, і інші квантові компанії тепер віддають перевагу QEC. Раніше IBM не працювала над технологією QEC, зосередившись натомість на більшій кількості кращих кубітів. Але фірми Квантова дорожня карта 2033 року стверджує, що IBM прагне побудувати 1000-кубітну машину до кінця десятиліття, яка буде здатна виконувати корисні обчислення, наприклад моделювати роботу молекул каталізатора.

Квера, тим часом, нещодавно представила свою дорожню карту що також надає пріоритет QEC, тоді як Національна квантова стратегія Великобританії має на меті створити квантові комп’ютери, здатні запускати трильйон безпомилкових операцій (TeraQuOps) до 2035 року. Інші країни опублікували подібні плани, і мета до 2035 року здається досяжною, частково тому, що спільнота квантових обчислень починає прагнути до менших, поступових – але такі ж амбітні – цілі.

Що мене справді хвилює в Національній квантовій стратегії Великобританії, так це мета мати машину MegaQuOp до 2028 року. Знову ж таки, це реалістична ціль – насправді, я навіть стверджую, що ми досягнемо режиму MegaQuOp раніше, тому саме тому Рішення Riverlane QEC, Deltaflow, буде готове до роботи з цими машинами MegaQuOp до 2026 року. Нам не потрібна радикально нова фізика, щоб побудувати квантовий комп’ютер MegaQuOp – і така машина допоможе нам краще розуміти та профілювати квантові помилки.

Коли ми зрозуміємо ці помилки, ми зможемо почати їх виправляти та переходити до машин TeraQuOp. TeraQuOp також є плаваючою ціллю, і вдосконалення як у QEC, так і в інших місцях можуть призвести до досягнення цілі до 2035 року на кілька років раніше.

Це лише питання часу, коли квантові комп’ютери стануть корисними для суспільства. І тепер, коли ми скоординовано зосереджені на квантовому виправленні помилок, ми швидше досягнемо цієї переломної точки.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/