Google predstavlja superprovodljivi čip koji u pet minuta riješi problem za koji bi najbržem suprerkompjuteru trebalo 10 kvadriliona godina

Kvantno računarstvo je u punom jeku i koraci planirani za kraj ove decenije već se raliziraju. Prošlog mjeseca, Microsoft i Atom Computing proglasili su kvantni rekord koji ih navodi da za sljedeću godinu najave kompjuter sa ovom tehnologijom koja nadmašuje klasične mogućnosti. Gotovo istovremeno, IBM je predstavio napredak u hardveru (Heron procesor) i softveru (Qiskit) za izvršavanje složenih algoritama 50 puta brže od konvencionalnih metoda i na neviđenom obimu i preciznosti.

Ovog ponedjeljka, Google predstavlja Willow in Nature, kvantni (superprovodljivi) čip koji omogućava rješavanje referentnog zadatka (RCS) za pet minuta za koji bi najbržem superkompjuteru „trebalo 10 kvadriliona godina, što je ekvivalentno 10 na 24”, objašnjava Harmut Neven, naučnik i osnivač Googlove laboratorije za kvantne umjetne inteligencije.

Razvoj Willowa je završen trejlerom za popravku grešaka, objavljenim ljetos na Arxivu . To su kvarovi koji nastaju u kvantnom računarstvu zbog poremećaja koji mijenjaju superpoziciju čestica, fizičku osobinu da se nalaze u dva stanja u isto vrijeme i koji omogućavaju da se kapacitet obrade u kvantnim sistemima eksponencijalno poveća.

“Greške,” kaže Michael Newman, istraživač u Google Quantum AI, “mogu biti uzrokovane raznim stvarima u rasponu od mikroskopskih defekata materijala do kosmičkih zraka ili jonizujućeg zračenja. Iz ovih razloga možemo izvršiti samo stotine operacija prije nego što vidimo grešku.” Njihovo popravljanje smatra se najkritičnijim izazovom računarstva s ovom tehnologijom.

Grupisanje fizičkih kubita (atoma, jona, fotona ili supravodljivih sistema) u isprepletene logičke kubite koji se ponašaju kao jedan omogućavaju, uz ispravljanje grešaka, veću preciznost i životni vijek iznad nanosekundi. Ali, do sada je korištenje više fizičkih diskova za generiranje logike i povećanje kapaciteta značilo više grešaka.

„Postoji magična linija“, navodi Newman, „koju nazivamo pragom kvantne korekcije greške, gdje su ove dvije suprotstavljene sile potpuno jednake i, ako je procesor dovoljno dobar da bude ispod ove linije, gdje kubiti i operacije rade dovoljno dobro, kako dobijate veće [logičke kubitne] klastere, stopa greške je niža i opada eksponencijalno vrlo brzo.”

Taj "dovoljno dobar procesor" je Willow, prema naučniku. “Koristili smo ga ispod ove ključne tačke, a kako koristi više kubita, vidimo eksponencijalno potiskivanje grešaka,” ističe Newman.

“Ovo rješava ključni izazov u kvantnoj korekciji grešaka koji se provodi skoro 30 godina. „Želim da naglasim šta to znači: po prvi put sistem postaje kvantniji kako postaje veći, a ne klasičniji“, ističe Newman.

Na ovaj način Google tvrdi da je odagnao prokletstvo i eksponencijalno smanjio neuspjehe kako se dodaje više kubita. Međutim, “ta [logička] izvedba je ograničena rijetkim koreliranim događajima greške koji se dešavaju otprilike jednom na sat”, upozorava istraživanje objavljeno u augustu.

Kako bi izmjerio efikasnost Willow od 105 kubita, Google se okrenuo nasumičnom uzorkovanju kola (RCS), stohastičkom (slučajnom) testu odabira koji garantuje da svako kolo ima istu vjerovatnoću da bude izabrano. RCS je, prema Googleu, najteži test koji se trenutno može izvesti na kvantnom računaru kako bi se utvrdilo da li bi njegovo izvršenje bilo nemoguće na klasičnom računaru. Isti test je korišten za testiranje Sycamorea, kvantnog računara kompanije. "U poređenju sa tim, Willow je otprilike dvostruko bolji", napominje Newman.

I čip i ispravljanje grešaka ključni su koraci u razvoju velikog kvantnog kompjutera otpornog na greške koji omogućava revolucionarne primjene, poput otkrivanja lijekova, stvaranja efikasnijih baterija za električna vozila ili napretka u solarnoj nuklearnoj fuziji , između ostalih primjera. „Misija našeg tima je da razvije kvantno računarstvo za inače nerješive probleme, probleme za koje su klasični računari neadekvatni alati“, objašnjava Newman .

Na istom putu je IBM, još jedan gigant kvantnog računarstva s vlastitom mapom puta koja navodi multinacionalnu kompaniju da objavi kvantnu prednost ili korisnost (sposobnost izvođenja operacija nemogućih za klasičan sistem u razumnom vremenu) do 2029. godine.

Njegov sistem je zasnovan na kombinaciji čipova unaprijeđenih iz godine u godinu, kao što je Heron R2, koji je već dostigao 156 kubita, sa programskim sistemom (Qiskit) koji je u stanju da udvostruči kapacitet izvršenja postignut prije samo godinu dana 50 puta većom brzinom.

Za IBM, a prema rezultatima prikupljenim i objavljenim na Arxivu, Qiskit je “ kvantni softver s najvećim performansama na svijetu , koji omogućava programerima da lakše grade složena kvantna kola sa stabilnošću, preciznošću i brzinom.”

„Napredak u našem hardveru i Qiskitu omogućava našim korisnicima da grade nove algoritme u kojima se napredni kvantni i klasični superkompjuterski resursi mogu spojiti kako bi spojili svoje snage“, rekao je Jay Gambetta, potpredsjednik IBM Quantum.

Kompanija sada testira Quantum Flamingo, koji kombinuje dva Heron R2 čipa sa četiri konektora. Detektovana stopa greške je 3,5% za rad od 235 nanosekundi i očekuje se da će ga poboljšati kako bi se pokrenuo sistem baziran na Flamingu krajem 2025.

Kombinacija klasičnih i kvantnih resursa zajednički je imenitelj, posebno sa ugradnjom umjetne inteligencije. Računar koji su najavili Microsoft i Atom Computing, pored kvantnog sistema razvijenog od neutralnih atoma, integrisaće računarski oblak visokih performansi (HPC) i napredne modele vještačke inteligencije zasnovane na platformi Azure Elements.