Google представляет квантовый вычислительный чип нового поколения
Квантовые компьютеры обладают потенциалом для решения сложных задач, которые не могут выполнить классические компьютеры. В ближайшей перспективе они смогут быстро решать задачи, на которые традиционным компьютерам потребовалось бы чрезвычайно много времени. В результате квантовые компьютеры можно будет использовать для разработки лекарств, материаловедения, финансового моделирования, прогнозирования погоды и искусственного интеллекта.
Однако у квантовых компьютеров есть проблема - это ошибки. Единицами вычисления в квантовых компьютерах являются кубиты, и они имеют тенденцию терять свою информацию, поскольку на них может влиять окружающая среда. Это сильно затрудняет выполнение вычислений. Как правило, чем больше кубитов используется, тем выше вероятность возникновения большего количества ошибок.
Исследователи из Google Quantum AI заявили, что благодаря достижениям в архитектуре чипа Willow им удалось вдвое снизить частоту ошибок при каждом увеличении количества кубитов. Результаты были опубликованы сегодня в статье в журнале Nature, в которой было показано, что при тестировании все более крупных кубитных сеток физических кубитов размером от 3×3 до 5×5 и 7×7 выявляется более высокая скорость исправления ошибок.
«Другими словами, мы достигли экспоненциального снижения частоты ошибок», — сказал доктор Хартмут Невен, основатель и руководитель Google Quantum AI. «Это историческое достижение известно в этой области как «ниже порога» — возможность снизить количество ошибок при одновременном увеличении числа кубитов».
Группируя несколько физических кубитов, программное обеспечение может создавать так называемый логический кубит. Логические кубиты могут использоваться в качестве защиты от ошибок, чтобы обеспечить более надежные квантовые вычисления за счет помощи в исправлении ошибок. Невен объяснил, что возможность масштабировать логические кубиты при одновременном снижении количества ошибок демонстрирует значительный прогресс.
Чип Willow производится на специально созданном заводе Google в Санта-Барбаре. Он содержит 105 кубитов, что почти вдвое превышает емкость предыдущего чипа под названием Sycamore, выпущенного Google в 2019 году и имевшего 53 кубита. В то время Google сообщала о результатах тестирования Sycamore с использованием теста выборки случайных цепей, который был разработан для измерения производительности классических компьютеров. Sycamore выполнил задачу примерно за три минуты и 20 секунд. Компания Google утверждала, что самому быстрому в мире суперкомпьютеру того времени 200-петафлопсной системе Summit на решение этой задачи потребовалось бы 10'000 лет.
По данным Google, Willow полностью изменил правила игры по этим показателям, выполнив еще одно вычисление менее чем за пять минут, на которое у Frontier (второго по скорости суперкомпьютера в мире) ушло бы 10 септиллионов лет — или, если записать по-другому, единица с 25 нулями после нее. Это число даже превышает возраст Вселенной.
«Следующая задача, стоящая перед нами и специалистами в этой области, - продемонстрировать первые «полезные, выходящие за рамки классических» вычисления на современных квантовых чипах, которые могут быть использованы в реальных приложениях», - сказал Невен. «Мы надеемся, что чипы нового поколения Willow помогут нам достичь этой цели».
