Steve Brierley lập luận rằng máy tính lượng tử phải thực hiện các kỹ thuật sửa lỗi toàn diện trước khi chúng có thể trở nên hữu ích cho xã hội
“Không có lập luận thuyết phục nào chỉ ra rằng các ứng dụng khả thi về mặt thương mại sẽ được tìm thấy không sử dụng mã sửa lỗi lượng tử và điện toán lượng tử có khả năng chịu lỗi.” Nhà vật lý Caltech John Preskill đã phát biểu như vậy trong buổi nói chuyện ở cuối 2023 tại cuộc họp Q2B23 ở California. Rất đơn giản, bất cứ ai muốn xây dựng một máy tính lượng tử thực tế sẽ cần tìm cách xử lý các lỗi.
Máy tính lượng tử ngày càng mạnh hơn, nhưng các khối xây dựng cơ bản của chúng – bit lượng tử hoặc qubit – rất dễ bị lỗi, hạn chế việc sử dụng rộng rãi. Chỉ xây dựng các máy tính lượng tử với nhiều qubit hơn và tốt hơn là chưa đủ. Việc mở khóa toàn bộ tiềm năng của các ứng dụng điện toán lượng tử sẽ yêu cầu các công cụ phần cứng và phần mềm mới có thể kiểm soát các qubit vốn không ổn định và sửa lỗi hệ thống một cách toàn diện 10 tỷ lần trở lên mỗi giây.
Những lời của Preskill về cơ bản đã thông báo về buổi bình minh của cái gọi là Sửa lỗi lượng tử (QEC) thời đại. QEC Đây không phải là một ý tưởng mới và các công ty trong nhiều năm đã phát triển các công nghệ để bảo vệ thông tin được lưu trữ trong qubit khỏi lỗi và mất kết hợp do nhiễu gây ra. Tuy nhiên, điều mới là từ bỏ ý tưởng rằng các thiết bị quy mô trung bình ồn ào (NISQ) ngày nay có thể hoạt động tốt hơn các siêu máy tính cổ điển và chạy các ứng dụng hiện không thể thực hiện được.
Chắc chắn, NISQ – một thuật ngữ do Preskill đặt ra – là bước đệm quan trọng trên hành trình hướng tới khả năng chịu lỗi. Nhưng ngành công nghiệp lượng tử, các nhà đầu tư và chính phủ giờ đây phải nhận ra rằng việc sửa lỗi là thách thức rõ ràng của điện toán lượng tử.
Vấn đề thời gian
QEC đã đạt được tiến bộ chưa từng có chỉ trong năm ngoái. vào năm 2023 Google đã chứng minh rằng hệ thống 17 qubit có thể phục hồi từ một lỗi duy nhất và hệ thống 49 qubit từ hai lỗi (Thiên nhiên 614 676). đàn bà gan dạ đã phát hành một con chip có khả năng ngăn chặn lỗi 100 lần, trong khi các nhà khoa học của IBM đã phát hiện ra một sơ đồ sửa lỗi mới hoạt động với số lượng qubit ít hơn 10 lần (arXiv: 2308.07915). Sau đó vào cuối năm đó, Quera spin-out lượng tử của Đại học Harvard đã tạo ra số lượng lớn nhất qubit được sửa lỗi .
Giải mã, biến nhiều qubit vật lý không đáng tin cậy thành một hoặc nhiều qubit “logic” đáng tin cậy, là công nghệ QEC cốt lõi. Đó là bởi vì các máy tính lượng tử quy mô lớn sẽ tạo ra hàng terabyte dữ liệu mỗi giây và phải được giải mã nhanh nhất có thể để ngăn chặn các lỗi lan truyền và khiến các phép tính trở nên vô dụng. Nếu chúng ta không giải mã đủ nhanh, chúng ta sẽ phải đối mặt với một lượng dữ liệu tồn đọng tăng theo cấp số nhân.
Chiến lược lượng tử quốc gia của Vương quốc Anh là một kế hoạch mà tất cả chúng ta có thể tin tưởng
Công ty riêng của tôi – Riverlane – năm ngoái đã giới thiệu bộ giải mã lượng tử mạnh nhất thế giới. Bộ giải mã của chúng tôi đang giải quyết vấn đề tồn đọng này nhưng vẫn còn còn rất nhiều việc phải làm. Công ty hiện đang phát triển “bộ giải mã phát trực tuyến” có thể xử lý các luồng kết quả đo liên tục khi chúng đến chứ không phải sau khi thử nghiệm kết thúc. Một khi chúng ta đạt được mục tiêu đó, sẽ có nhiều việc phải làm hơn. Và bộ giải mã chỉ là một khía cạnh của QEC – chúng ta cũng cần “hệ thống điều khiển” tốc độ cao, độ chính xác cao để đọc và ghi các qubit.
Khi máy tính lượng tử tiếp tục mở rộng quy mô, các hệ thống giải mã và điều khiển này phải phối hợp với nhau để tạo ra các qubit logic không có lỗi và đến năm 2026, Riverlane đặt mục tiêu xây dựng một bộ giải mã thích ứng hoặc thời gian thực. Máy móc ngày nay chỉ có khả năng thực hiện vài trăm thao tác không có lỗi nhưng những phát triển trong tương lai sẽ hoạt động với máy tính lượng tử có khả năng xử lý một triệu thao tác lượng tử không có lỗi (được gọi là MegaQuOp).
Riverlane không đơn độc trong những nỗ lực như vậy và các công ty lượng tử khác hiện đang ưu tiên QEC. IBM trước đây chưa từng nghiên cứu về công nghệ QEC mà thay vào đó tập trung vào các qubit ngày càng tốt hơn. Nhưng của công ty Lộ trình lượng tử 2033 tuyên bố rằng IBM đặt mục tiêu xây dựng một cỗ máy 1000 qubit vào cuối thập kỷ này có khả năng tính toán hữu ích – chẳng hạn như mô phỏng hoạt động của các phân tử xúc tác.
Quera, trong khi đó, gần đây đã tiết lộ lộ trình của nó cũng ưu tiên QEC, trong khi Chiến lược lượng tử quốc gia của Vương quốc Anh nhằm mục đích xây dựng các máy tính lượng tử có khả năng thực hiện hàng nghìn tỷ hoạt động không có lỗi (TeraQuOps) vào năm 2035. Các quốc gia khác đã công bố kế hoạch tương tự và mục tiêu năm 2035 có vẻ khả thi, một phần vì cộng đồng điện toán lượng tử đang bắt đầu hướng tới mục tiêu nhỏ hơn, tăng dần – nhưng cũng đầy tham vọng - mục tiêu.
Đặt bối cảnh cho một thị trường lượng tử: kinh doanh lượng tử ở đâu và nó có thể mở ra như thế nào
Điều thực sự khiến tôi phấn khích về Chiến lược lượng tử quốc gia của Vương quốc Anh là mục tiêu có máy MegaQuOp vào năm 2028. Một lần nữa, đây là mục tiêu thực tế – trên thực tế, tôi thậm chí còn cho rằng chúng ta sẽ đạt được chế độ MegaQuOp sớm hơn, đó là lý do tại sao Giải pháp QEC của Riverlane, Deltaflow, sẽ sẵn sàng hoạt động với các máy MegaQuOp này vào năm 2026. Chúng tôi không cần bất kỳ vật lý hoàn toàn mới nào để xây dựng máy tính lượng tử MegaQuOp – và một chiếc máy như vậy sẽ giúp chúng tôi hiểu rõ hơn và lập hồ sơ các lỗi lượng tử.
Sau khi hiểu được những lỗi này, chúng tôi có thể bắt đầu sửa chúng và tiến tới các máy TeraQuOp. TeraQuOp cũng là một mục tiêu nổi - và là mục tiêu mà những cải tiến trong cả QEC và các nơi khác có thể dẫn đến mục tiêu 2035 được hoàn thành sớm hơn vài năm.
Chỉ là vấn đề thời gian trước khi máy tính lượng tử trở nên hữu ích cho xã hội. Và bây giờ chúng ta đã phối hợp tập trung vào việc sửa lỗi lượng tử, chúng ta sẽ sớm đạt đến điểm bùng phát đó.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/why-error-correction-is-quantum-computings-defining-challenge/
