Helios kvantinis kompiuteris pasiekia naują tikslumą

Quantinuum ir Sandia National Laboratories pakėlė kvantinio skaičiavimo tikslumą į stulbinamai naują lygį su Helios, mašina, kuri mažina atotrūkį tarp laboratorinės įdomybės ir praktiškos kvantinės aparatinės įrangos.

Vieno kubito operacijos Helios sistemoje pasiekė 99,9975 % tikslumą. Dviejų kubitų vartai pasiekė 99,921 %. Tai nėra tik laipsniški patobulinimai, tai esminis šuolis. Kodėl tai svarbu? Nes tikslumas yra kvantinio naudingumo valiuta. Kuo operacijos labiau priartėja prie 100 %, tuo mažiau klaidų išplinta per skaičiavimą ir tuo realistiškesni tampa praktiniai kvantinių kompiuterių darbo scenarijai.

Helios sukurta naudojant įkalintų jonų technologiją ir turi 98 fizinius kubitus, kurie, taikant klaidų slopinimo metodus, susiejami su maždaug 50 loginių kubitų. Sistema taip pat naudoja integruotą fotoniką, kad kvantinę informaciją šviesos greičiu perkeltų mikroskopiniais optiniais kanalais. Toks projektinis sprendimas padeda didinti mašinos mastelį, kartu išlaikant nedideles energijos sąnaudas, komandos duomenimis, apie 40 kilovatų. Tai itin efektyvu tokios klasės sistemai.

Sandia vaidmuo neapsiribojo patvirtinimu. Ten dirbantys tyrėjai taikė ir tobulino pažangius našumo vertinimo įrankius, kad ištirtų Helios klaidų pasiskirstymą, įskaitant naują metodą, skirtą vertinti matavimus grandinės vykdymo metu, kai kubitus galima nuskaityti ir į juos reaguoti skaičiavimui dar nesibaigus. Matavimas grandinės vykdymo metu yra techninė, bet esminė galimybė: be jos neįmanoma kurti patikimų, klaidoms atsparių kvantinių algoritmų. Nauji vertinimo metodai inžinieriams suteikia aiškesnį žemėlapį, kur slepiasi klaidos ir kaip jas slopinti.

Helios rodo, kad praktiški, mažai klaidų darantys kvantiniai procesoriai nebėra vien teorinis tikslas, jie tampa inžinerine realybe.

Quantinuum Helios vadina didžiausia ir patikimiausia savo komercine sistema iki šiol, o klientai gali ja naudotis per debesijos prenumeratas. Vis dėlto komanda kalba atvirai: tai dar nėra galutinis tikslas. Bendros paskirties, klaidų korekcija paremtas kvantinis kompiuteris, kuris nuolat pranoktų klasikinius superkompiuterius, tebėra ateities etapas. Tačiau priartėjimas prie mažesnio nei 0,01 % klaidų lygio vieno kubito vartams ir mažesnio nei 0,1 % lygio dviejų kubitų vartams gerokai sutrumpina kelią iki šio etapo.

Praktinės pasekmės jau aiškios. Didesnis tikslumas plečia įgyvendinamų simuliacijų ir algoritmų sritį, nuo virtualios vaistų paieškos ir medžiagų projektavimo iki pažangaus energetikos modeliavimo ir naujos kartos kriptografijos tyrimų. Užduotys, su kuriomis šiandien sunkiai susidoroja geriausios klasikinės mašinos, gali tapti pasiekiamos, kai mažai klaidų darantys kvantiniai moduliai išsiplės ir susijungs į didesnes logines struktūras.

Helios rezultatai buvo aprašyti Nature ir žymi svarbų lūžio tašką: tai ne tik didesni skaičiai našumo teste, bet ir aiškiai parodyta pažanga sprendžiant inžinerines problemas, kurios skiria teoriją nuo praktinio pritaikymo. Dabar vyksta lenktynės, kaip šiuos aparatinės įrangos laimėjimus paversti programine įranga, klaidų korekcijos kodais ir viso technologijų sluoksnio sistemomis, kurios suteiktų apčiuopiamą pranašumą.

Kas laukia toliau? Jei tikslumas ir toliau gerės tokiu tempu, problemų, kurias gali spręsti kvantinės mašinos, sąrašas sparčiai ilgės, o novatoriai, pasirengę jas diegti, apibrėš kitą kompiuterijos erą.