Kwantowy chip z niewiarygodną mocą obliczeniową. Google mówi o przełomie

Komputery kwantowe mają dysponować ogromną mocą obliczeniową

Foto: Adobe Stock

Piotr Mazurkiewicz

Google na firmowym blogu zapowiada, że chip kwantowy Willow, dzięki swojej wydajności otwiera drogę do dwóch przełomowych osiągnięć technologicznych. Szybkość obliczeń nowego modelu przekracza skalę czasu znaną w fizyce. Pokazuje wykładniczo rosnącą lukę między informatyką klasyczną a kwantową.

W testach porównawczych Willow w ciągu około 5 minut wykonał zadanie, które współcześnie jednemu z najszybszych superkomputerów – Frontier zajęłoby sporo czasu – konkretnie 10 septylionów lat, co można zapisać jako 10 000 000 000 000 000 000 000 000 lat.

Czym różni się klasyczny superkomputer od kwantowego?

Google podaje, że do pomiaru wydajności wykorzystano test porównawczy losowego próbkowania obwodów (RCS). Szeroko stosowane w tej dziedzinie badanie RCS jest najtrudniejszym testem porównawczym, jaki można wykonać na komputerze kwantowym. Jest to punkt wejścia do obliczeń kwantowych – pokazuje, czy komputer kwantowy wykonuje coś, czego nie można wykonać na komputerze klasycznym. „Konsekwentnie używaliśmy tego testu porównawczego do oceny postępów między kolejnymi generacjami tego układu scalonego – wyniki Sycamore przedstawiliśmy w październiku 2019 roku i ponownie niedawno w październiku 2024 roku. Te ostanie wyniki dla naszego najnowszego układu są najlepsze, ale nadal będziemy go rozwijać” – czytamy na firmowym blogu.

Google przekonuje, że nowy kwantowy układ scalony przewyższa najmocniejszy klasyczny superkomputer na świecie, Frontier, ponieważ opierano się na ostrożnych założeniach dotyczących tego, co można na nim zrobić. Firma zauważa jednak, że wciąż błędy są jednym z największych wyzwań w informatyce kwantowej, ponieważ kubity, jednostki obliczeniowe stosowane w komputerach kwantowych, funkcjonują w bardzo delikatnym stanie i łatwo tracą informacje. Zazwyczaj im więcej kubitów się użyje, tym większy będzie wzrost liczby błędów.

Jak Google eliminuje błędy?

Jednak w czasopiśmie „Nature” zostaną opublikowane wyniki pokazujące, że w miarę jak najnowszy układ wykorzystuje więcej kubitów, wykładniczo eliminuje błędy. Takiego współczynnika korekcji błędów nigdy wcześniej nie uzyskano, co daje Google dużą pewność, że może zbudować wielkoskalowy komputer kwantowy, w którym nie będą występować.

„W bardziej technicznym ujęciu nasze wyniki pokazują, że za każdym razem, gdy zwiększaliśmy kubit logiczny od siatki obejmującej 3 x 3, przez 5 x 5, po 7 x 7 kubitów fizycznych, poziom błędów również spadał dwukrotnie” – podaje firma.

To wielki przełom, który przyspiesza postęp wykładniczo. Prace nad osiągnięciem tego punktu trwały w tej dziedzinie od 20 lat, odkąd w 1994 roku po raz pierwszy zaproponowano korekcję błędów kwantowych. Nowy układ kwantowy charakteryzuje się najlepszą w swojej klasie wydajnością w typowych testach przy wykorzystaniu zaledwie 105 kubitów.

Krok w stronę superkomputera kwantowego z korekcją błędów

Urządzenie powstało w zakładzie w Santa Barbara, który produkuje nadprzewodzące kwantowe układy scalone. Jest to jeden z niewielu zakładów na świecie specjalizujących się w budowie nadprzewodzących kwantowych układów scalonych.

Układ kwantowy został zaprojektowany z myślą o najnowocześniejszej wydajności i elastyczności. Korekcja błędów informuje o wielu aspektach naszego procesu i sposobie, w jaki myślimy o architekturze układu, rozwoju bramek, kalibracji, produkcji i nie tylko. Używamy wskaźników, które pozwalają spojrzeć na systemy obliczeniowe kwantowe całościowo, a nie tylko na jeden czynnik naraz.

Google podkreśla, że Willow to duży krok w stronę wielkoskalowego komputera kwantowego z korekcją błędów. Jego możliwości w zakresie korekcji błędów i „pozaklasycznej” mocy obliczeniowej przybliżają nas do systemu, który może dostarczać komercyjnie użyteczne aplikacje – od pomocy w odkrywaniu nowych leków, przez projektowanie bardziej wydajnych baterii pojazdów elektrycznych, po przyspieszony postęp w fuzji i nowych alternatywnych źródłach energii. Wiele z tych przyszłych, przełomowych aplikacji nie będzie mogło działać na klasycznych komputerach; czekają one na uruchomienie dzięki komputerom kwantowym.

Źródło