Άλλο ένα ορόσημο στην πορεία προς τη δημιουργία χρήσιμων και πρακτικών κβαντικών υπολογιστών φαίνεται πως επιτεύχθηκε. Ερευνητές της Quantinuum χρησιμοποίησαν μεθόδους διόρθωσης σφαλμάτων ώστε ο κβαντικός υπολογιστής Helios-1 να αποθηκεύει πληροφορίες με πρωτοφανές επίπεδο αξιοπιστίας, κάτι που αποτελεί βασική προϋπόθεση για την εκτέλεση σύνθετων υπολογισμών στο μέλλον.
Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν τεράστιες δυνατότητες για την επίλυση προβλημάτων και την επίτευξη επιστημονικών ανακαλύψεων που μέχρι σήμερα παραμένουν εκτός εμβέλειας ακόμη και των ισχυρότερων υπερυπολογιστών. Ωστόσο, δεν έχουν ακόμη αξιοποιήσει αυτή τη δυναμική, εν μέρει επειδή όλοι οι υπάρχοντες κβαντικοί υπολογιστές κάνουν πολλά σφάλματα. Γι’ αυτό, ερευνητές σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να τελειοποιήσουν μεθόδους διόρθωσης σφαλμάτων, στις οποίες τα φυσικά δομικά στοιχεία ενός κβαντικού υπολογιστή, τα qubits, κωδικοποιούνται σε ομάδες που ονομάζονται “logical qubits” και είναι πολύ λιγότερο πιθανό να σφάλλουν κατά τους υπολογισμούς.
Ο David Hayes της Quantinuum και οι συνεργάτες του παρουσίασαν τώρα το χαμηλότερο μέχρι σήμερα ποσοστό σφάλματος για logical qubits.
«Αυτό είναι σίγουρα μια εντυπωσιακή τεχνική πρόοδος», λέει ο Steven Flammia από το Virginia Tech, που δεν συμμετείχε στο πρόγραμμα. «Είναι εξαιρετικά συναρπαστικό», λέει ο Hayes.
Ο Helios-1 διαθέτει 98 qubits, καθένα από τα οποία βασίζεται σε ένα ιόν του οποίου η κβαντική κατάσταση ελέγχεται με λέιζερ και ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Για να μετατρέψει αυτά τα qubits σε logical qubits, η ομάδα χρησιμοποίησε έναν τύπο κωδικοποίησης που ονομάζεται “colour code”. Όταν στη συνέχεια τα qubits δοκιμάστηκαν ως προς την ικανότητά τους να αποθηκεύουν πληροφορίες, έκαναν μόλις πέντε σφάλματα ανά ένα εκατομμύριο χρήσεις ενός qubit. Πρόκειται για βελτίωση σε σχέση με προηγούμενα παρόμοια πειράματα, στα οποία τα qubits έκαναν αντίστοιχα εκατοντάδες σφάλματα ανά ένα εκατομμύριο χρήσεις.
Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης αν δύο από τα logical qubits του Helios-1 μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για μια απλή μαθηματική πράξη με διόρθωση σφαλμάτων. Σε αυτή την περίπτωση, το ποσοστό σφάλματος ήταν περίπου 10 φορές υψηλότερο, δηλαδή περίπου επτά σφάλματα ανά 100.000 χρήσεις qubit.
Ο Hayes λέει ότι η ρεκόρ επίδοση του Helios-1 οφείλεται εν μέρει στη βελτίωση του ελέγχου της ομάδας της Quantinuum πάνω στα φυσικά qubits. Πιο συγκεκριμένα, κάθε φορά που η ενέργεια ενός qubit μεταβάλλεται με επιζήμιο τρόπο, κάτι που συμβαίνει φυσικά αλλά μειώνει την ακρίβεια των υπολογισμών, δέχεται πλέον έναν ειδικό παλμό λέιζερ που διορθώνει τη μετατόπιση. Στη συνέχεια, αναλαμβάνει το colour code, αξιοποιώντας τις συνδέσεις και τις συσχετίσεις ανάμεσα στο qubit και σε αρκετά ακόμη qubits του logical qubit για να διορθώσει ό,τι σφάλμα απομένει.
Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι το ποσοστό σφάλματος κάθε logical qubit μειώνεται όσο προστίθενται περισσότερα φυσικά qubits. Συγκεκριμένα, το ποσοστό σφάλματος μειώθηκε 12 φορές όταν το μέγεθος ενός logical qubit αυξήθηκε από επτά σε 19 φυσικά qubits, ενώ η ίδια μείωση παρατηρήθηκε και όταν ο αριθμός των φυσικών qubits αυξήθηκε από 19 σε 37. Το αποτέλεσμα αυτό είναι σημαντικό, επειδή οι κβαντικοί υπολογιστές αποκτούν μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ όσο αυξάνεται ο αριθμός των qubits τους, άρα μόνο μέθοδοι διόρθωσης σφαλμάτων που βελτιώνονται επίσης με την αύξηση των qubits μπορούν να θεωρηθούν πραγματικά χρήσιμες.
Ο Murphy Niu από το University of California, Santa Barbara, λέει ότι το νέο πείραμα αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τους κβαντικούς υπολογιστές που θα είναι χωρίς σφάλματα.
Ο Flammia λέει ότι αυτή η δουλειά χαράζει την πορεία για την κατασκευή αυτού που ο John Preskill από το California Institute of Technology έχει αποκαλέσει μηχανή “megaquop”, δηλαδή έναν υπολογιστή ικανό για 1 εκατομμύριο αξιόπιστες κβαντικές πράξεις. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε ουσιαστικές επιστημονικές ανακαλύψεις, για παράδειγμα στην επιστήμη των υλικών, και θεωρείται το επόμενο σημαντικό στάδιο στην εξέλιξη των κβαντικών υπολογιστών.
Για να πετύχει σε μεγάλη κλίμακα, η κβαντική υπολογιστική πρέπει να ξεχωρίσει από την τεχνητή νοημοσύνη, λέει η αρθρογράφος Karmela Padavic-Callaghan. Ωστόσο, οι δύο τεχνολογίες έχουν ήδη συγχέονται στα μάτια του κοινού.
Τα χαμηλά ποσοστά σφάλματος του Helios-1 ανταποκρίνονται στις προδιαγραφές μιας μηχανής megaquop, αλλά μένει να φανεί αν θα παραμείνουν τόσο χαμηλά όταν τα logical qubits χρησιμοποιηθούν για πιο σύνθετες μαθηματικές πράξεις, λέει ο Flammia. Αυτό είναι ένα σημαντικό στοιχείο που λείπει ακόμη από την επίτευξη ανθεκτικής σε σφάλματα κβαντικής υπολογιστικής, λέει ο Thomas Wong από το Creighton University στη Νεμπράσκα.
Μεγάλο παραμένει και το ζήτημα του συνολικού αριθμού των qubits. «Διαθέτουν μόνο περίπου 100 φυσικά qubits, αλλά για τις γνωστές χρήσιμες εφαρμογές των μηχανών megaquop θα χρειάζονταν περίπου 100 logical qubits», λέει.
Ο Hayes λέει ότι ο επόμενος κβαντικός υπολογιστής της Quantinuum, ο Sol, θα είναι σχεδόν διπλάσιος σε μέγεθος από τον Helios-1. Κατά την άποψή του, το νέο πείραμα θέτει τα θεμέλια για τον Sol και για άλλους υπολογιστές που σχεδιάζει να κατασκευάσει η εταιρεία στο μέλλον. «Κάνουμε όλα τα μαθήματά μας από πριν», λέει.
Ωστόσο, ο ανταγωνισμός στον κλάδο των κβαντικών υπολογιστών είναι έντονος. Μέχρι στιγμής, αρκετές ερευνητικές ομάδες έχουν παρουσιάσει πρωτότυπα κβαντικών υπολογιστών με περισσότερα από χίλια qubits, ενώ η εταιρεία QuEra, της οποίας οι συσκευές βασίζονται σε εξαιρετικά ψυχρά άτομα, έχει ανακοινώσει ότι θα κατασκευάσει μια μηχανή megaquop έως το 2028.
Το παρόν κείμενο δημιουργήθηκε με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης.
