[ad_1]
W tym tygodniu, IBM ogłosił parę nowych, błyszczących komputerów kwantowych.
Firmowy procesor Condor jest pierwszym tego typu układem kwantowym z ponad 1000 kubitów, co jeszcze kilka lat temu byłoby wyczynem, który trafiłby na pierwsze strony gazet. Jednak na początku tego roku, startup Atom Computing zaprezentował komputer kwantowy z 1180 kubitami, wykorzystujący inne podejście. I chociaż IBM twierdzi, że Condor demonstruje, że może niezawodnie produkować wysokiej jakości kubity na dużą skalę, prawdopodobnie będzie to największy pojedynczy chip, jaki firma wyprodukuje do przyszłej dekady.
Zamiast zwiększać liczbę kubitów upchniętych na każdym chipie, IBM skupi się na maksymalnym wykorzystaniu posiadanych kubitów. Pod tym względem drugi zapowiedziany chip, Heron, jest przyszłością.
Chociaż Heron ma mniej kubitów niż Condor – tylko 133 – jest znacznie szybszy i mniej podatny na błędy. Firma planuje połączyć kilka z tych mniejszych układów w coraz potężniejsze systemy, trochę na wzór wielordzeniowych procesorów zasilających smartfony. Pierwszy z nich, System Two, również ogłoszony w tym tygodniu, zawiera trzy połączone chipy Condor.
IBM zaktualizował również swoje kwantowa mapa drogowa, czyli harmonogram kluczowych etapów prac inżynieryjnych do 2033 roku. W szczególności firma dąży do ukończenia odpornego na awarie komputera kwantowego do 2029 roku. Maszyna nie będzie wystarczająco duża, aby uruchomić złożone algorytmy kwantowe, takie jak ten, który pewnego dnia ma złamać standardowe szyfrowanie. Jest to jednak odważna obietnica.
Korekta kwantowa
Praktyczne komputery kwantowe będą w stanie poradzić sobie z problemami, których nie da się rozwiązać za pomocą klasycznych komputerów. Dzisiejsze systemy są jednak zbyt małe i obarczone błędami, aby zrealizować to marzenie. Aby to osiągnąć, inżynierowie pracują nad rozwiązaniem zwanym korekcją błędów.
Kubit jest podstawową jednostką komputera kwantowego. W laptopie podstawową jednostką informacji jest 1 lub 0 reprezentowane przez tranzystor, który jest włączony lub wyłączony. W komputerze kwantowym jednostką informacji jest 1, 0 lub – dzięki kwantowej dziwności – jakaś kombinacja tych dwóch. Fizycznym komponentem może być atom, elektron lub maleńka nadprzewodząca pętla drutu.
Decydując się na to ostatnie rozwiązanie, IBM tworzy swoje komputery kwantowe poprzez chłodzenie pętli drutu, czyli transmonów, do temperatury bliskiej zera absolutnego i umieszczanie ich w stanach kwantowych. Oto problem. Qubity są niezwykle kruche, łatwo wypadają z tych stanów kwantowych podczas obliczeń. Wprowadza to błędy, które sprawiają, że dzisiejsze maszyny są zawodne.
Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest minimalizacja błędów. IBM poczynił postępy w tym zakresie. Heron wykorzystuje nowy sprzęt, aby znacznie przyspieszyć sposób, w jaki system umieszcza pary kubitów w stanach kwantowych – operacja znana jako „bramka” – ograniczając liczbę błędów, które pojawiają się i rozprzestrzeniają na sąsiednie kubity (naukowcy nazywają to „przesłuchami”).
„To piękne urządzenie”, powiedział Gambetta powiedział Ars Technica. „Jest pięć razy lepszy niż poprzednie urządzenia, błędy są znacznie mniejsze, [and] przesłuchów tak naprawdę nie da się zmierzyć”.
Nie da się jednak całkowicie wyeliminować błędów. W przyszłości kluczowa będzie również redundancja.
Rozprzestrzeniając informacje między grupą kubitów, można zmniejszyć wpływ pojedynczego błędu, a także sprawdzić i skorygować błędy w grupie. Ponieważ do utworzenia jednego z tych „logicznych kubitów” z korekcją błędów potrzeba wielu fizycznych kubitów, do wykonania użytecznych obliczeń potrzeba ich bardzo dużo. Właśnie dlatego skala ma znaczenie.
Oprogramowanie również może pomóc. IBM stosuje już technikę zwaną error mitigation, ogłoszoną na początku tego roku, w której symuluje prawdopodobne błędy i odejmuje je od obliczeń. Zidentyfikowano również metodę korekcji błędów, która zmniejsza liczbę fizycznych kubitów w logicznym kubicie o prawie rząd wielkości. Wszystko to będzie jednak wymagało zaawansowanych form łączności między kubitami, co może być największym wyzwaniem w przyszłości.
„Będziesz musiał je ze sobą połączyć” – powiedział Dario Gil, starszy wiceprezes i dyrektor ds. badań w IBM, powiedział Reuters. „Będziesz musiał zrobić wiele z tych rzeczy razem, aby być praktycznym. W przeciwnym razie będzie to tylko ćwiczenie na papierze”.
W drodze
Coś, co sprawia, że IBM jest wyjątkowy w branży, to fakt, że publikuje mapę drogową wybiegającą dekadę w przyszłość.
Może się to wydawać ryzykowne, ale do tej pory się tego trzymali. Wraz z nowościami Condor i Heron, IBM opublikował również zaktualizowaną wersję swojej mapy drogowej.
W przyszłym roku wydadzą ulepszoną wersję Heron, zdolną do 5000 operacji na bramkach. Po Heronie pojawi się Flamingo. Firma połączy siedem chipów Flamingo w jeden system z ponad 1000 kubitów. Firma planuje również zwiększać liczbę bramek Flamingo o około 50 procent rocznie, aż do osiągnięcia 15 000 w 2028 roku. Równolegle firma będzie pracować nad korekcją błędów, zaczynając od pamięci, a następnie przechodząc do komunikacji i bramek.
Wszystko to zakończy się 200-kubitowym, odpornym na błędy chipem o nazwie Starling w 2029 roku i skokiem liczby operacji na bramkach do 100 milionów. Starling ustąpi miejsca większemu Blue Jay w 2033 roku.
Wyścig konny Heisenberga
Choć IBM może być najbardziej otwarty w tej kwestii, nie jest osamotniony w swoich ambicjach.
Google pracuje nad tym samym typem komputera kwantowego i od kilku lat koncentruje się na korekcji błędów w stosunku do skalowania. Istnieją również inne rodzaje komputerów kwantowych – niektóre wykorzystują naładowane jony jako kubity, podczas gdy inne wykorzystują fotony, elektrony lub, jak Atom Computing, neutralne atomy. Każde podejście ma swoje wady.
„Jeśli o to chodzi, istnieje prosty zestaw wskaźników, które pozwalają porównać wydajność procesorów kwantowych” – Jerry Chow, dyrektor ds. systemów kwantowych w IBM, powiedział Verge. „Chodzi o skalę: do jakiej liczby kubitów można dotrzeć i zbudować je niezawodnie? Jakość: jak długo żyją te kubity, na których można wykonywać operacje i obliczenia? I szybkość: jak szybko można faktycznie wykonywać operacje i rozwiązywać problemy za pomocą tych procesorów kwantowych?”.
Atom Computing faworyzuje neutralne atomy, ponieważ są one identyczne – eliminując możliwość wystąpienia wad produkcyjnych – mogą być kontrolowane bezprzewodowo i działają w temperaturze pokojowej. Chow zgadza się, że w przestrzeni atomów neutralnych dzieją się interesujące rzeczy, ale szybkość jest wadą. „Wszystko sprowadza się do prędkości” – powiedział. „Za każdym razem, gdy masz te rzeczywiste elementy atomowe, jony lub atomy, szybkość zegara kończy się na tobie”.
Prawda jest taka, że wyścig nie został jeszcze wygrany i jeszcze przez jakiś czas nie zostanie. Nowe postępy lub nieprzewidziane wyzwania mogą zmienić krajobraz. Ale Chow powiedział, że zaufanie firmy do jej podejścia pozwala im patrzeć w przyszłość za 10 lat.
„A dla mnie bardziej chodzi o to, że w ciągu tych 10 lat będą pojawiać się innowacje, które mogą uczynić ją jeszcze bardziej atrakcyjną w miarę upływu czasu. Taka jest po prostu natura technologii” – powiedział.
Źródło zdjęcia: IBM
[ad_2]