Стив Брайерли утверждает, что квантовые компьютеры должны внедрить комплексные методы исправления ошибок, прежде чем они смогут стать полностью полезными для общества.
«Нет убедительных аргументов, указывающих на то, что будут найдены коммерчески жизнеспособные приложения, не использовать квантовые коды, исправляющие ошибки, и отказоустойчивые квантовые вычисления». Так заявил физик из Калифорнийского технологического института Джон Прескилл во время выступления в конце 2023 на встрече Q2B23 в Калифорнии. Проще говоря, любому, кто хочет создать практичный квантовый компьютер, необходимо найти способ борьбы с ошибками.
Квантовые компьютеры становятся все более мощными, но их фундаментальные строительные блоки – квантовые биты или кубиты – очень подвержены ошибкам, что ограничивает их широкое использование. Недостаточно просто построить квантовые компьютеры с большим количеством и лучшими кубитами. Для раскрытия всего потенциала приложений квантовых вычислений потребуются новые аппаратные и программные инструменты, которые смогут контролировать изначально нестабильные кубиты и всесторонне исправлять системные ошибки 10 и более миллиардов раз в секунду.
Слова Прескилла, по сути, возвестили о заре так называемого Квантовая коррекция ошибок (QEC) эпоха. КЭК Это не новая идея, и компании уже много лет разрабатывают технологии для защиты информации, хранящейся в кубитах, от ошибок и декогерентности, вызванных шумом. Однако новым является отказ от идеи, что современные шумные устройства среднего масштаба (NISQ) могут превзойти классические суперкомпьютеры и запускать приложения, которые в настоящее время невозможны.
Конечно, NISQ — термин, придуманный Preskill, — стал важной ступенькой на пути к отказоустойчивости. Но квантовая индустрия, инвесторы и правительства теперь должны осознать, что исправление ошибок является определяющей задачей квантовых вычислений.
Вопрос времени
QEC уже добился беспрецедентного прогресса только за последний год. В 2023 году Google продемонстрировали, что 17-кубитная система может восстановиться после одной ошибки, а 49-кубитная система — после двух ошибок (природа 614 676). Amazon выпустила чип, который подавлял ошибки 100 раз, при этом Ученые IBM обнаружил новую схему исправления ошибок, которая работает с в 10 раз меньшим количеством кубитов (Arxiv: 2308.07915). Затем, в конце года, квантовое подразделение Гарвардского университета Quera произвело самое большое количество кубиты с исправлением ошибок .
Декодирование, которое превращает множество ненадежных физических кубитов в один или несколько надежных «логических» кубитов, является основной технологией QEC. Это связано с тем, что крупномасштабные квантовые компьютеры каждую секунду будут генерировать терабайты данных, которые необходимо декодировать так же быстро, как они получены, чтобы остановить распространение ошибок и сделать вычисления бесполезными. Если мы не будем декодировать достаточно быстро, мы столкнемся с проблемой. экспоненциально растущее отставание в данных.
Национальная квантовая стратегия Великобритании — это план, в который мы все можем поверить
Моя собственная компания Riverlane в прошлом году представила самый мощный в мире квантовый декодер. Наш декодер решает эту проблему с отставанием, но еще есть еще много работы, которую нужно сделать. В настоящее время компания разрабатывает «потоковые декодеры», которые смогут обрабатывать непрерывные потоки результатов измерений по мере их поступления, а не после завершения эксперимента. Как только мы достигнем этой цели, нам предстоит еще много работы. А декодеры — это лишь один из аспектов QEC: нам также нужны высокоточные и высокоскоростные «системы управления» для чтения и записи кубитов.
Поскольку квантовые компьютеры продолжают масштабироваться, эти декодер и системы управления должны работать вместе, чтобы производить безошибочные логические кубиты, и к 2026 году Riverlane стремится создать адаптивный декодер, работающий в реальном времени. Сегодняшние машины способны выполнять лишь несколько сотен безошибочных операций, но будущие разработки будут работать с квантовыми компьютерами, способными обрабатывать миллион безошибочных квантовых операций (известными как MegaQuOp).
Riverlane не одинока в подобных усилиях, и другие квантовые компании теперь отдают приоритет QEC. IBM ранее не работала над технологией QEC, вместо этого сосредоточившись на большем количестве и улучшении кубитов. Но фирма Квантовая дорожная карта до 2033 года заявляет, что IBM намерена к концу десятилетия создать машину на 1000 кубитов, способную выполнять полезные вычисления, например, моделировать работу молекул катализатора.
Тем временем Кера недавно обнародовал свою дорожную карту что также отдает приоритет QEC, в то время как Национальная квантовая стратегия Великобритании стремится создать квантовые компьютеры, способные выполнять триллион безошибочных операций (TeraQuOps) к 2035 году. Другие страны опубликовали аналогичные планы, и цель к 2035 году кажется достижимой, отчасти потому, что сообщество квантовых вычислений начинает стремиться к меньшим, постепенным – но столь же амбициозные – цели.
Создание сцены для квантового рынка: где находится квантовый бизнес и как он может развиваться
Что меня действительно волнует в Национальной квантовой стратегии Великобритании, так это цель создать машину MegaQuOp к 2028 году. Опять же, это реалистичная цель – на самом деле, я бы даже сказал, что мы достигнем режима MegaQuOp раньше, вот почему Решение QEC от Riverlane, Deltaflow, будет готово к работе с этими машинами MegaQuOp к 2026 году. Нам не нужна какая-либо радикально новая физика для создания квантового компьютера MegaQuOp – и такая машина поможет нам лучше понимать и профилировать квантовые ошибки.
Как только мы поймем эти ошибки, мы сможем начать их исправлять и перейти к машинам TeraQuOp. TeraQuOp также является плавающей целью, и улучшения как в QEC, так и в других сферах могут привести к тому, что цель на 2035 год будет достигнута на несколько лет раньше.
Это лишь вопрос времени, когда квантовые компьютеры принесут пользу обществу. И теперь, когда мы скоординированно работаем над квантовой коррекцией ошибок, мы рано или поздно достигнем этого переломного момента.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
