Niedawne osiągnięcia w dziedzinie obliczeń kwantowych ujawniły, że 67-kubitowy procesor Google Sycamore może przewyższać najszybsze klasyczne superkomputery. Ten przełom, szczegółowo opisany w badaniu opublikowanym w Nature 9 października 2024 r., wskazuje na nową fazę w obliczeniach kwantowych, znaną jako „faza słabego szumu”.
Zrozumienie fazy słabego szumu
Badanie, któremu przewodniczy Alexis Morvan z Google Quantum AI, pokazuje, w jaki sposób procesory kwantowe mogą wejść w tę stabilną, złożoną obliczeniowo fazę. W tej fazie chip Sycamore jest w stanie wykonywać obliczenia przekraczające możliwości wydajnościowe tradycyjnych superkomputerów. Według przedstawicieli Google to odkrycie stanowi znaczący krok w kierunku rzeczywistych zastosowań technologii kwantowej, których nie da się odtworzyć za pomocą klasycznych komputerów.
Rola kubitów w obliczeniach kwantowych
Komputery kwantowe wykorzystują kubity, które wykorzystują zasady mechaniki kwantowej do równoległego wykonywania obliczeń. Kontrastuje to ostro z klasycznym przetwarzaniem, w którym bity przetwarzają informacje sekwencyjnie. Wykładnicza moc kubitów pozwala maszynom kwantowym rozwiązywać problemy w ciągu kilku sekund, które klasycznym komputerom zajęłoby tysiące lat. Jednak kubity są bardzo wrażliwe na zakłócenia, co prowadzi do wyższego wskaźnika awaryjności; na przykład około 1 na 100 kubitów może ulec awarii, w porównaniu z niewiarygodnie niskim wskaźnikiem awarii wynoszącym 1 na miliard miliardów bitów w systemach klasycznych.
Pokonywanie wyzwań: korekcja szumów i błędów
Pomimo potencjału, obliczenia kwantowe stoją przed poważnymi wyzwaniami, przede wszystkim szumem wpływającym na wydajność kubitów. Aby osiągnąć „supremację kwantową”, konieczne są skuteczne metody korekcji błędów, zwłaszcza w przypadku wzrostu liczby kubitów, zgodnie z badaniem LiveScience raport. Obecnie największe maszyny kwantowe mają około 1000 kubitów, a zwiększanie skali wiąże się ze złożonymi przeszkodami technicznymi.
Eksperyment: losowe próbkowanie obwodu
W ostatnim eksperymencie Google badacze wykorzystali technikę zwaną losowym próbkowaniem obwodów (RCS) do oceny wydajności dwuwymiarowej siatki nadprzewodzących kubitów. RCS służy jako punkt odniesienia do porównywania możliwości komputerów kwantowych z klasycznymi superkomputerami i jest uważany za jeden z najtrudniejszych punktów odniesienia w obliczeniach kwantowych.
Odkrycia wskazują, że manipulując poziomami szumu i kontrolując korelacje kwantowe, badacze mogli przenieść kubity w „fazę słabego szumu”. W tym stanie obliczenia stały się wystarczająco złożone, co pokazało, że chip Sycamore może przewyższać systemy klasyczne.
