Najnowszy numer Nature przynosi przełomowe informacje na temat praktycznego wykorzystania komputerów kwantowych. Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii (UNSW) wykazali, że możliwe jest stworzenie niemal wolnego od błędów krzemowego procesora kwantowego. Dzisiejsza publikacja pokazuje, że obliczenia przeprowadzane przez nasz procesor były w ponad 99% wolne od błędów. Gdy odsetek błędów jest tak mały, możliwym staje się ich wykrywanie i korygowanie w czasie rzeczywistym. A to oznacza, że można wybudować skalowalny komputer kwantowy wykonujący wiarygodne obliczenia, wyjaśnia profesor Andrea Morello z UNSW.
UNSW/Tony Melov
Morello stoi na czele zespołu złożonego z naukowców z Australii, USA, Japonii i Egiptu. Ich celem jest zbudowanie uniwersalnego komputera kwantowego, czyli maszyny, której możliwości obliczeniowe nie będą ograniczone do jednego rodzaju zadań. Badania, których wyniki właśnie opublikowaliśmy, to bardzo ważny krok w tym kierunku, podkreśla uczony.
Jednak, co niezwykle ważne, artykuł Morello i jego zespołu to jeden z trzech tekstów z Nature, których autorzy informują o niezależnym od siebie osiągnięciu niskiego odsetka błędów w opartych na krzemie procesorach kwantowych.
Z najnowszego Nature, którego redakcja zdecydowała się na zilustrowanie kwantowego przełomu na okładce, dowiadujemy się, że wiarygodność operacji obliczeniowych na jednym kubicie osiągnięta przez Morello i jego zespół wyniosła 99,95%, a operacji na dwóch kubitach – 99,37%. Niezależnie od nich zespół z holenderskiego Uniwersytetu Technologicznego w Delft, prowadzony przez Lievena Vandersypena osiągnął wiarygodność rzędu 99,87% przy operacjach na jednym kubicie i 99,65% podczas operacji dwukubitowych. W trzecim z artykułów czytamy zaś o pracach naukowców z japońskiego RIKEN, w trakcie których grupa Seigo Taruchy mogła pochwalić się wiarygodnością 99,84% przy działaniach na jednym kubicie i 99,51% przy pracy z dwoma kubitami.
Wydajność procesorów z UNSW i Delft została certyfikowana zaawansowaną metodą gate set tomography opracowaną przez amerykańskie Sandia National Laboratories, a wyniki certyfikacji zostały udostępnione innym grupom badawczym.
Zespół profesora Morello już wcześniej wykazał, że jest w stanie utrzymać kwantową informację w krzemie przez 35 sekund. W świecie kwantowym 35 sekund to wieczność. Dla porównania, słynne nadprzewodzące komputery kwantowe Google'a i IBM-a są w stanie utrzymać taką informację przez około 100 mikrosekund, czyli niemal milion razy krócej, zauważa Morello. Osiągnięto to jednak izolując spiny (kubity) od otoczenia, co z kolei powodowało, że wydaje się niemożliwym, by kubity te mogły wejść ze sobą w interakcje, a więc nie mogły wykonywać obliczeń.
Teraz z artykułu w Nature dowiadujemy się, że udało się pokonać problem izolacji wykorzystując elektron okrążający dwa jądra atomu fosforu.
Gdy masz dwa jądra połączone z tym samym elektronem, może zmusić je do wykonywania operacji kwantowych, stwierdza doktor Mateusz Mądzik, jeden z głównych autorów eksperymentów. Gdy nie operujesz na elektronie, jądra te mogą bezpiecznie przechowywać kwantowe informacje. Teraz jednak mamy możliwość, by jądra wchodziły w interakcje za pośrednictwem elektronu i w ten sposób możemy wykonywać uniwersalne operacje kwantowe, które mogą rozwiązywać każdy rodzaj problemów obliczeniowych, wyjaśnia Mądzik.
Gdy splączemy spiny z elektronem, a następnie możemy elektron ten przesunąć w inne miejsce i splątać go z kolejnymi kubitami, tworzymy w ten sposób duże macierze kubitów zdolnych do przeprowadzania solidnych użytecznych obliczeń, dodaje doktor Serwan Asaad.
Jak podkreśla profesor David Jamieson z University of Melbourne, atomy fosforu zostały wprowadzone do krzemowego procesora za pomocą tej samej metody, jaka jest obecnie używana w przemyśle półprzewodnikowym. To pokazuje, że nasz kwantowy przełom jest kompatybilny z obecnie używanymi technologiami.
Wszystkie obecnie używane komputery wykorzystują systemy korekcji błędów i redundancji danych. Jednak prawa mechaniki kwantowej narzucają ścisłe ograniczenia na sposób korekcji błędów w maszynach kwantowych. Konieczne jest osiągnięcie odsetka błędów poniżej 1%. Dopiero wtedy można zastosować kwantowe protokoły korekcji błędów. Teraz, gdy udało się ten cel osiągnąć, możemy zacząć projektować skalowalne krzemowe procesory kwantowe, zdolne do przeprowadzania użytecznych wiarygodnych obliczeń, wyjaśnia Morello.
Autor: Mariusz Błoński
Źródło: University of New South Wales
procesor kwantowy krzem korekcja błędów kubit
Poleca
19
osób
poleć
Komentarze (5)
Jajcenty, 21 stycznia 2022, 11:20
Jakiego wzrostu mocy obliczeniowej się spodziewamy? Ile to ma FLOPS/Wat?
thikim, 21 stycznia 2022, 23:00
Ale co? To tak jakbyś zapytał: ile wyciska ten "błysk w oku listonosza" :)
To jest taki etap nie jak przy narodzinach ale przy tym słynnym błysku w oku listonosza. A Ty pytasz czy to dziecko zda na studia.
Zresztą przy komputerach kwantowych - jeśli powstaną to FLOPSy są bezsensowną jednostką.
W dniu 20.01.2022 o 11:44, KopalniaWiedzy.pl napisał:
możemy zacząć projektować skalowalne krzemowe procesory kwantowe
Oni dopiero poznali pewien proces i daleko ale to bardzo daleko mają do "procesorów kwantowych".
Zresztą pewnie głównym celem publikacji jest zainteresowanie tym Google czy Microsoft czy innego bogatego sponsora :)
Jajcenty, 22 stycznia 2022, 08:09
W dniu 20.01.2022 o 11:44, KopalniaWiedzy.pl napisał:
czyli maszyny, której możliwości obliczeniowe nie będą ograniczone do jednego rodzaju zadań.
9 godzin temu, thikim napisał:
Zresztą przy komputerach kwantowych - jeśli powstaną to FLOPSy są bezsensowną jednostką.
Nie. Jeśli będzie na nich układać pasjansa to FLOPS pozostaje sensowną miarą.
9 godzin temu, thikim napisał:
To jest taki etap nie jak przy narodzinach ale przy tym słynnym błysku w oku listonosza. A Ty pytasz czy to dziecko zda na studia.
Miałem nadzieję, że istnieją jakieś szacunki. Dla komputerów optycznych w 2020 miałem dostać 17 EFLOPS - według szacunków z ósmego sierpnia 2014 ;)
https://www.benchmark.pl/aktualnosci/optalysys-superkomputer-optyczny-maly-17-eflops.html ale chyba mamy poślizg.
thikim, 22 stycznia 2022, 10:04
2 godziny temu, Jajcenty napisał:
Dla komputerów optycznych w 2020 miałem dostać 17 EFLOPS - według szacunków z ósmego sierpnia 2014
Coś trzeba ludziom sprzedawać. Zawsze dobrze zacząć od sprzedaży marzeń :) na przyszłość. Kasę się dostaje w teraźniejszości na tym :)
A pamiętasz takie reklamy: emerytura z OFE na egzotycznych wyspach? "Trzeba mieć fantazję i pieniądze synku" :D Tak sprzedano ludziom potrzębę finansowania OFE :D (jedna z niewielu rzeczy jakie Rudy dobrze zrobił to się dobrał w końcu tym oszustom do d... chociaż mocno delikatnie, na zasadzie: dobra, ukradliście dziesiątki miliardów, od dziś można kraść tylko miliony. PiS tu nic nie poprawił)
Cytat
Nie. Jeśli będzie na nich układać pasjansa to FLOPS pozostaje sensowną miarą.
FLOPSy są bezsensowne dla komputerów kwantowych ponieważ taki (właściwie nie komputer tylko podzespół) może swoje specyficzne obliczenia wykonać w czasie niewyobrażalnie szybszym niż zwykły komputer ... po czym dla układania pasjansa jego prędkość spadnie do standardowych maszyn biurkowych i będzie pracował na zwykłym procesorze. Upraszczam oczywiście bo nikt celerona nie upcha razem z podzespołem kwantowym, jak już to jakiś słaby superkomputer.
To trochę tak jakbyś raz jechał rowerem - po czym w przypadkowych momentach przyspieszał do c i chciał liczyć prędkość wypadkową - nie znając tych momentów.
A tu będą dwie prędkości: zwykła i nadświetlna. Przypadkowo przełączane.
Dziś się sprzedaje bajki o komputerach kwantowych oraz o syntezie termojądrowej :)
Jajcenty, 22 stycznia 2022, 10:15
4 minuty temu, thikim napisał:
po czym dla układania pasjansa jego prędkość spadnie do standardowych maszyn biurkowych.
Mowa jest o uniwersalnym komputerze kwantowym. Zamiast pasjansa może być problem komiwojażera - będzie szybciej? O ile? A może problem 3x+1? Jak daleko 3x+1 policzy komputer kwantowy w ciągu godziny? Prędzej czy później da się to sprowadzić do operacji na liczbach. Skoro kwantowe umieją tylko na liczbach naturalnych może być porównanie w INT64.
Zablokowano
