Helios: kvantu precizitāte un ceļš uz praktisku aparatūru

Quantinuum un Sandia nacionālās laboratorijas paaugstinājušas kvantu precizitāti līdz elpu aizraujošiem līmeņiem ar Helios, ierīci, kas saīsina plaisu starp laboratorijas ziņkāri un praktisku kvantu aparatūru.

Vienqubītu operācijas uz Helios sasniedza 99.9975% uzticamību. Divqubītu vārti sasniedza 99.921%. Šie skaitļi nav nelieli uzlabojumi; tie ir iespaidīgi. Kāpēc tas ir svarīgi? Tāpēc, ka uzticamība ir kvantu noderīguma valūta. Jo tuvāk operācijas ir 100%, jo mazāk kļūdu izplatās cauri aprēķinam un jo dzīvotspējīgākas kļūst kvantu darbplūsmas reālajā pasaulē.

Helios ir būvēts uz uztvertu jonu tehnoloģijas bāzes un satur 98 fiziskus kubitus, kas, izmantojot kļūdu slāpēšanas metodes, tiek kartēti aptuveni 50 loģiskajos kubitos. Sistēma izmanto arī integrētās fotonikas risinājumu, lai kvantu informāciju pārvietotu pa mikroskopiskiem optiskiem kanāliem gaismas ātrumā, dizaina izvēle, kas palīdz mērogot ierīci, vienlaikus saglabājot enerģijas patēriņu mērenu (apmēram 40 kilovatus, pēc komandas datiem). Tas ir ievērojami efektīvi šādas klases sistēmai.

Sandias loma pārsniedza tikai validāciju. Tur zinātnieki pielietoja un uzlaboja progresīvus etalona rīkus, lai izpētītu Helios kļūdu ainavu, tostarp jaunu metodi mērījumiem aprēķina gaitā, proti spējai nolasīt un reaģēt uz kubitiem aprēķina laikā. Mērījumi aprēķina gaitā ir tehniska, bet izšķiroša spēja: bez tās nav iespējams izveidot robustus, kļūdu tolerantus kvantu algoritmus. Jaunās novērtēšanas tehnikas sniedz inženieriem skaidrāku karti par to, kur slēpjas kļūdas un kā tās ierobežot.

Helios pierāda, ka praktiski, ar zemu kļūdu līmeni kvantu procesori vairs nav tikai teorētisks mērķis, tie kļūst par inženiertehnisku realitāti.

Quantinuum sauc Helios par savu lielāko un uzticamāko komerciālo sistēmu līdz šim, un klienti var tai piekļūt caur mākoņpakalpojumiem. Tomēr komanda ir atklāta: tas nav galarezultāts. Vispārēja pielietojuma, kļūdu koriģējošs kvantu dators, kas regulāri pārspēj klasiskos superdatorus, joprojām ir nākotnes atzīme. Tuvojoties zemākam par 0.01% kļūdu līmenim vienqubītu vārtiem un zemākam par 0.1% divqubītu vārtiem, šī atzīme kļūst sasniedzamāka un ceļš uz to kļūst ievērojami īsāks.

Praktiskas sekas jau ir skaidras. Augstāka uzticamība paplašina iespējamo simulāciju un algoritmu klāstu, sākot no virtuālas zāļu atklāšanas un materiālu dizaina līdz uzlabotai enerģijas modelēšanai un nākamās paaudzes kriptogrāfijas pētījumiem. Uzdevumi, ar kuriem šodien cīnās labākie klasiskie datori, var kļūt sasniedzami, kad zemu kļūdu kvantu moduļi tiks mērogoti un salikti kopā lielākās loģiskās struktūrās.

Helios rezultāti tika dokumentēti žurnālā Nature un iezīmē nozīmīgu pagrieziena punktu: ne tikai augstākus skaitļus etalonos, bet arī taustāmu progresu inženiertehniskajos problēmās, kas stāv starp teoriju un pielietojumu. Sacensība notiek, lai šos aparatūras sasniegumus pārvērstu programmatūrā, kļūdu labošanas kodos un pilna kaudzes sistēmās, kas sniedz reālas priekšrocības.

Ko tas nozīmē nākotnē? Ja uzticamība turpinās uzlaboties šādā tempā, problēmu saraksts, ko kvantu mašīnas var risināt, ātri pieaugs, un inovatori, kas būs gatavi tās izvietot, noteiks nākamo skaitļošanas ēru.