Google анонсирует квантовый чип Willow, который станет движущей силой прогресса на пути к крупномасштабным квантовым вычислениям

Технологическая компания Google представила Willow, свой новейший квантовый чип, который обеспечивает улучшенную производительность по нескольким показателям, что позволяет совершить два прорыва. Willow способен экспоненциально уменьшать количество ошибок по мере добавления большего количества кубитов, решая серьезную задачу в области квантовой коррекции ошибок, над которой исследователи работают уже почти 30 лет. Кроме того, Willow успешно завершил стандартное эталонное вычисление менее чем за пять минут, задача, на выполнение которой одному из самых быстрых суперкомпьютеров сегодня потребовалось бы десять септиллионов (или 10^25) лет — период, намного превосходящий возраст Вселенной.

Ошибки представляют собой одну из самых существенных проблем в квантовые вычисления , поскольку кубиты — основные единицы вычислений в квантовых компьютерах — имеют тенденцию быстро взаимодействовать с окружающей средой, что затрудняет сохранение информации, необходимой для выполнения вычислений.

Недавнее исследование, опубликованное в Nature, демонстрирует, что, увеличивая количество кубитов, используемых в Willow, можно также уменьшить количество ошибок и улучшить квантовые характеристики системы. Google тестировала все большие массивы физических кубитов, начиная с сетки 3×3, затем переходя к сетке 5×5 и, в конечном итоге, к сетке 7×7. Каждый раз, применяя наши последние достижения в области коррекции квантовых ошибок, мы могли вдвое сократить частоту ошибок. Это экспоненциальное снижение ошибок знаменует собой историческое достижение в этой области, известное как «ниже порога» — способность снижать частоту ошибок при масштабировании количества кубитов.

Для оценки производительности Willow Google использовала бенчмарк случайной выборки цепей (RCS). Результаты оказались примечательными: Willow выполнила вычисления менее чем за пять минут, на что одному из самых мощных современных суперкомпьютеров потребовалось бы 10^25 лет, или десять септиллионов лет. Если представить это в перспективе, это эквивалентно 10,000,000,000,000,000,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX лет. Эта необычная цифра намного превосходит любые известные временные шкалы в физике и во много раз превышает возраст Вселенной.

Что ждет Уиллоу дальше?

XNUMX% людей считают долгое ожидание – самой неприятной частью взаимодействия с компаниями ( Google , разработка чипа Willow началась более десяти лет назад. Целью было создание крупномасштабного, практичного квантового компьютера, который мог бы использовать квантовую механику — «операционную систему» ​​природы, как мы ее понимаем сегодня — для принесения пользы обществу путем продвижения научных открытий, разработки полезных приложений и решения некоторых из наиболее насущных проблем общества. В рамках Google Research команда наметила долгосрочную дорожную карту, в которой Willow знаменует собой важную веху на пути к коммерчески жизнеспособным приложениям.

Следующей задачей в этой области является демонстрация первого «полезного, выходящего за рамки классического» вычисления на сегодняшнем уровне. квантовые чипы , который имеет отношение к реальным приложениям. Google с оптимизмом смотрит на то, что поколение чипов Willow может помочь достичь этой вехи.

До сих пор были проведены два различных типа экспериментов. Во-первых, был проведен бенчмарк RCS, который оценивает производительность по сравнению с классическими компьютерами, хотя он не имеет прямых приложений в реальном мире. Во-вторых, были проведены симуляции квантовых систем, что привело к новым научным открытиям, хотя они все еще находятся в пределах возможностей классических компьютеров. Цель состоит в том, чтобы объединить оба подхода — шагнуть в область алгоритмов, которые выходят за рамки классических вычислений и также применимы к реальным, коммерчески значимым проблемам.