Steve Brierley υποστηρίζει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να εφαρμόσουν ολοκληρωμένες τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων προτού γίνουν πλήρως χρήσιμοι στην κοινωνία
«Δεν υπάρχουν πειστικά επιχειρήματα που να δείχνουν ότι θα βρεθούν εμπορικά βιώσιμες εφαρμογές μην χρησιμοποιήστε κβαντικούς κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων και κβαντικούς υπολογιστές με ανοχή σε σφάλματα." Έτσι δήλωσε ο φυσικός του Caltech John Preskill κατά τη διάρκεια μιας ομιλίας στο τέλος του 2023 στη συνάντηση Q2B23 στην Καλιφόρνια. Πολύ απλά, όποιος θέλει να κατασκευάσει έναν πρακτικό κβαντικό υπολογιστή θα πρέπει να βρει έναν τρόπο να αντιμετωπίσει τα λάθη.
Οι κβαντικοί υπολογιστές γίνονται όλο και πιο ισχυροί, αλλά τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία τους - τα κβαντικά bit ή τα qubits - είναι εξαιρετικά επιρρεπή σε σφάλματα, περιορίζοντας την ευρεία χρήση τους. Δεν αρκεί απλώς η κατασκευή κβαντικών υπολογιστών με περισσότερα και καλύτερα qubits. Το ξεκλείδωμα του πλήρους δυναμικού των εφαρμογών κβαντικών υπολογιστών θα απαιτήσει νέα εργαλεία υλικού και λογισμικού που μπορούν να ελέγχουν εγγενώς ασταθή qubits και να διορθώνουν πλήρως τα σφάλματα συστήματος 10 δισεκατομμύρια φορές ή περισσότερες φορές ανά δευτερόλεπτο.
Τα λόγια του Preskill ουσιαστικά ανήγγειλαν την αυγή του λεγόμενου Κβαντική διόρθωση σφαλμάτων (QEC) εποχή. QEC δεν είναι μια νέα ιδέα και οι εταιρείες αναπτύσσουν εδώ και πολλά χρόνια τεχνολογίες για την προστασία των πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες σε qubits από σφάλματα και αποσυνοχή που προκαλούνται από το θόρυβο. Αυτό που είναι νέο, ωστόσο, είναι να εγκαταλείψουμε την ιδέα ότι οι σημερινές θορυβώδεις συσκευές ενδιάμεσης κλίμακας (NISQ) θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τους κλασικούς υπερυπολογιστές και να εκτελούν εφαρμογές που είναι επί του παρόντος αδύνατες.
Σίγουρα, το NISQ – ένας όρος που επινοήθηκε από τον Preskill – ήταν ένα σημαντικό σκαλοπάτι στο ταξίδι προς την ανοχή σφαλμάτων. Ωστόσο, η κβαντική βιομηχανία, οι επενδυτές και οι κυβερνήσεις πρέπει τώρα να συνειδητοποιήσουν ότι η διόρθωση σφαλμάτων είναι η καθοριστική πρόκληση του κβαντικού υπολογιστή.
Θέμα χρόνου
Το QEC έχει ήδη δει άνευ προηγουμένου πρόοδο μόνο τον τελευταίο χρόνο. Το 2023 Google απέδειξε ότι ένα σύστημα 17 qubit μπορούσε να ανακτήσει από ένα μόνο σφάλμα και ένα σύστημα 49 qubit από δύο σφάλματα (Φύση 614 676). Amazon κυκλοφόρησε ένα τσιπ που κατέστειλε σφάλματα 100 φορές, ενώ επιστήμονες της IBM ανακάλυψε ένα νέο σχήμα διόρθωσης σφαλμάτων που λειτουργεί με 10 φορές λιγότερα qubits (arXiv: 2308.07915). Στη συνέχεια, στο τέλος του έτους, το Quera του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ παρήγαγε τον μεγαλύτερο αριθμό qubits διορθωμένα με σφάλματα .
Η αποκωδικοποίηση, η οποία μετατρέπει πολλά αναξιόπιστα φυσικά qubits σε ένα ή περισσότερα αξιόπιστα "λογικά" qubits, είναι μια βασική τεχνολογία QEC. Αυτό συμβαίνει επειδή οι κβαντικοί υπολογιστές μεγάλης κλίμακας θα παράγουν terabyte δεδομένων κάθε δευτερόλεπτο που πρέπει να αποκωδικοποιηθούν τόσο γρήγορα όσο αποκτώνται για να σταματήσει η διάδοση σφαλμάτων και να καταστήσουν άχρηστους τους υπολογισμούς. Αν δεν αποκωδικοποιήσουμε αρκετά γρήγορα, θα βρεθούμε αντιμέτωποι με ένα εκθετικά αυξανόμενη συσσώρευση δεδομένων.
Η εθνική κβαντική στρατηγική του Ηνωμένου Βασιλείου είναι ένα σχέδιο στο οποίο μπορούμε όλοι να πιστέψουμε
Η δική μου εταιρεία – η Riverlane – παρουσιάστηκε πέρυσι ο πιο ισχυρός κβαντικός αποκωδικοποιητής στον κόσμο. Ο αποκωδικοποιητής μας επιλύει αυτό το πρόβλημα εκκρεμότητας, αλλά υπάρχει ακόμα πολλή δουλειά ακόμα. Η εταιρεία αναπτύσσει επί του παρόντος «αποκωδικοποιητές ροής» που μπορούν να επεξεργάζονται συνεχείς ροές αποτελεσμάτων μετρήσεων καθώς φτάνουν, όχι μετά την ολοκλήρωση ενός πειράματος. Μόλις πετύχουμε αυτόν τον στόχο, έχουμε περισσότερη δουλειά να κάνουμε. Και οι αποκωδικοποιητές είναι μόνο μια πτυχή του QEC – χρειαζόμαστε επίσης «συστήματα ελέγχου» υψηλής ακρίβειας και υψηλής ταχύτητας για την ανάγνωση και εγγραφή των qubits.
Καθώς οι κβαντικοί υπολογιστές συνεχίζουν να κλιμακώνονται, αυτοί οι αποκωδικοποιητές και τα συστήματα ελέγχου πρέπει να συνεργαστούν για να παράγουν λογικά qubit χωρίς σφάλματα και, έως το 2026, η Riverlane στοχεύει να έχει δημιουργήσει έναν προσαρμοστικό ή σε πραγματικό χρόνο, αποκωδικοποιητή. Οι σημερινές μηχανές είναι ικανές μόνο για μερικές εκατοντάδες λειτουργίες χωρίς σφάλματα, αλλά οι μελλοντικές εξελίξεις θα λειτουργούν με κβαντικούς υπολογιστές ικανούς να επεξεργάζονται ένα εκατομμύριο κβαντικές λειτουργίες χωρίς σφάλματα (γνωστό ως MegaQuOp).
Η Riverlane δεν είναι μόνη σε τέτοιες προσπάθειες και άλλες κβαντικές εταιρείες δίνουν πλέον προτεραιότητα στο QEC. Η IBM δεν έχει εργαστεί στο παρελθόν στην τεχνολογία QEC, εστιάζοντας αντ' αυτού σε περισσότερα και καλύτερα qubits. Αλλά της εταιρείας Κβαντικός οδικός χάρτης 2033 δηλώνει ότι η IBM στοχεύει να κατασκευάσει μια μηχανή 1000 qubit μέχρι το τέλος της δεκαετίας που θα είναι ικανή για χρήσιμους υπολογισμούς – όπως η προσομοίωση της λειτουργίας των μορίων του καταλύτη.
Quera, εν τω μεταξύ, αποκάλυψε πρόσφατα τον οδικό της χάρτη που επίσης δίνει προτεραιότητα στο QEC, ενώ το Εθνική Κβαντική Στρατηγική του Ηνωμένου Βασιλείου στοχεύει να κατασκευάσει κβαντικούς υπολογιστές ικανούς να εκτελούν ένα τρισεκατομμύριο λειτουργίες χωρίς σφάλματα (TeraQuOps) έως το 2035. Άλλα έθνη έχουν δημοσιεύσει παρόμοια σχέδια και ο στόχος του 2035 θεωρείται εφικτός, εν μέρει επειδή η κοινότητα κβαντικών υπολογιστών έχει αρχίσει να στοχεύει σε μικρότερες, σταδιακά - αλλά εξίσου φιλόδοξοι – στόχοι.
Ρυθμίζοντας το σκηνικό για μια κβαντική αγορά: πού βρίσκονται οι κβαντικές επιχειρήσεις και πώς μπορεί να εξελιχθούν
Αυτό που με ενθουσιάζει πραγματικά σχετικά με την Εθνική Κβαντική Στρατηγική του Ηνωμένου Βασιλείου είναι ο στόχος να έχουμε μια μηχανή MegaQuOp μέχρι το 2028. Και πάλι, αυτός είναι ένας ρεαλιστικός στόχος – στην πραγματικότητα, θα έλεγα ότι θα φτάσουμε στο καθεστώς MegaQuOp νωρίτερα, γι' αυτό Η λύση QEC της Riverlane, η Deltaflow, θα είναι έτοιμη να συνεργαστεί με αυτές τις μηχανές MegaQuOp έως το 2026. Δεν χρειαζόμαστε ριζικά νέα φυσική για να δημιουργήσουμε έναν κβαντικό υπολογιστή MegaQuOp – και μια τέτοια μηχανή θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα και να καταγράψουμε τα κβαντικά σφάλματα.
Μόλις κατανοήσουμε αυτά τα σφάλματα, μπορούμε να αρχίσουμε να τα διορθώνουμε και να προχωρήσουμε προς τις μηχανές TeraQuOp. Το TeraQuOp είναι επίσης ένας κυμαινόμενος στόχος – και ένας στόχος όπου οι βελτιώσεις τόσο στο QEC όσο και αλλού θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην επίτευξη του στόχου του 2035 λίγα χρόνια νωρίτερα.
Είναι θέμα χρόνου οι κβαντικοί υπολογιστές να είναι χρήσιμοι για την κοινωνία. Και τώρα που έχουμε μια συντονισμένη εστίαση στην κβαντική διόρθωση σφαλμάτων, θα φτάσουμε σε αυτό το οριακό σημείο νωρίτερα παρά αργότερα.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
