Willow to nowy, rewolucyjny procesor kwantowy Google. Łamie wszelkie dotychczasowe bariery
Willow to najnowocześniejszy układ kwantowy Google. Procesor przełamał wszystkie ograniczenia, z jakimi zmagają się komputery kwantowe, a szybkość, z jaką wykonuje obliczenia dosłownie zwala z nóg. To coś, co wymyka się naszemu pojmowaniu rzeczywistości.
Willow to układ scalony do obliczeń kwantowych, który służy jako procesor komputerów kwantowych. Google podaje, że chip Willow osiągnął sukces w dwóch kluczowych kwestiach.
Pierwszym sukcesem jest to, że dzięki Willow możemy wykładniczo zmniejszyć liczbę błędów w miarę skalowania przy użyciu większej liczby kubitów. Rozwiązuje to kluczowy problem korekcji błędów kwantowych, z którym ta dziedzina zmaga się od prawie 30 lat. Chcę podkreślić, co to oznacza: po raz pierwszy system staje się bardziej kwantowy, gdy staje się większy, zamiast bardziej klasyczny
- mówi Hartmut Neven, założyciel i dyrektor Google Quantum AI.
Po drugie, Willow wykonał standardowe obliczenia testowe w czasie krótszym niż 5 minut, co zajęłoby najszybszemu dzisiejszemu superkomputerowi 10 septylionów (czyli 10^25) lat - liczba ta znacznie przewyższa wiek Wszechświata.
Więcej liczenia, mniej błędów
Tak jak bity są podstawą obliczeń wykonywanych przez klasyczne procesory, tak kubity stanową podstawę obliczeń komputerów kwantowych. W przeciwieństwie do klasycznych bitów, które mogą przyjmować tylko jeden z dwóch stanów (0 lub 1), kubity mogą znajdować się w superpozycji tych stanów, czyli być jednocześnie 0 i 1. To właśnie ta właściwość nadaje komputerom kwantowym ogromną moc obliczeniową i pozwala im rozwiązywać niektóre problemy znacznie szybciej niż klasyczne komputery. Kubity oferują ogromny potencjał obliczeniowy, który może zrewolucjonizować wiele dziedzin nauki i technologii.
Tu jednak w całej okazałości wkracza fizyka kwantowa. Kubity muszą działać w stanach kwantowych, które są niezwykle wrażliwe na zakłócenia i kontakt z wszelką aparaturą pomiarową. Proces odczytu kubitów jest również trudny, ponieważ wymaga przełożenia stanów kwantowych na wartości klasyczne bez wprowadzania dodatkowych zakłóceń.
Błędy są jednym z największych wyzwań w obliczeniach kwantowych, ponieważ kubity, jednostki obliczeń w komputerach kwantowych, mają tendencję do szybkiej wymiany informacji ze swoim środowiskiem, co utrudnia ochronę informacji potrzebnych do ukończenia obliczeń. Zwykle im więcej kubitów używasz, tym więcej błędów występuje, a system staje się klasyczny.
W Willow im więcej kubitów używamy, tym bardziej redukujemy błędy i tym bardziej kwantowy staje się system. Innymi słowy, osiągnęliśmy wykładniczą redukcję współczynnika błędów
- tłumaczy Hartmut Neven.
Dodaje on, że jest to również jeden z pierwszych przekonujących przykładów korekcji błędów w czasie rzeczywistym w nadprzewodzącym układzie kwantowym. Jest to kluczowe dla wszelkich użytecznych obliczeń, ponieważ jeśli nie można wystarczająco szybko korygować błędów, zrujnują one obliczenia, zanim zostaną wykonane.
To dowód na to, że użyteczne, bardzo duże komputery kwantowe rzeczywiście mogą zostać zbudowane. Willow przybliża nas do uruchamiania praktycznych, komercyjnych algorytmów, których nie da się powtórzyć na konwencjonalnych komputerach.
Oszołamiająca liczba
Dzięki 105 kubitom Willow ma teraz najlepszą w swojej klasie wydajność w dwóch testach porównawczych systemu: korekcji błędów kwantowych i losowym próbkowaniu obwodów.
Jako miarę wydajności Willow wykorzystaliśmy test porównawczy losowego próbkowania obwodów (RCS). RCS, zapoczątkowany przez nasz zespół i obecnie szeroko stosowany jako standard w tej dziedzinie, jest klasycznie najtrudniejszym testem porównawczym, jaki można wykonać na komputerze kwantowym
- mówi Hartmut Neven.
Można to traktować jako punkt wejścia do obliczeń kwantowych. Test sprawdza, czy komputer kwantowy wykonuje coś, czego nie można zrobić na komputerze klasycznym.
Wydajność Willow jest zdumiewająca: wykonał obliczenia w mniej niż 5 minut, co zajęłoby najszybszemu dzisiejszemu superkomputerowi 10^25 lat, czyli 10 septylionów lat. Jeśli chcielibyśmy zapisać tę liczbę cyframi, to jest to 10 000 000 000 000 000 000 000 000 lat.
Ta oszałamiająca liczba przekracza znane skale czasowe w fizyce i znacznie przekracza wiek wszechświata. Potwierdza ona pogląd, że obliczenia kwantowe zachodzą w wielu równoległych wszechświatach, zgodnie z ideą, że żyjemy w multiwersum, po raz pierwszy wysuniętą przez Davida Deutscha
- powiedział Hartmut Neven.
Więcej o komputerach kwantowych przeczytasz na Spider's Web:
Dla tego chipu wybudowano nową fabrykę
Willow został wyprodukowany w nowym, najnowocześniejszym zakładzie produkcyjnym Google w Santa Barbara - jednym z niewielu na świecie zbudowanych w tym celu od podstaw. Wszystkie komponenty układu scalonego, takie jak bramki jedno- i dwukubitowe, resetowanie kubitu i odczyt, muszą być jednocześnie dobrze zaprojektowane i zintegrowane. Jeśli jakikolwiek komponent jest opóźniony lub jeśli dwa komponenty nie działają dobrze razem, obniża to wydajność systemu.
Dlatego maksymalizacja wydajności systemu wpływa na wszystkie aspekty procesu, od architektury układu scalonego i produkcji po rozwój bramki i kalibrację.
Chip Willow to ważny krok w podróży, która rozpoczęła się ponad dziesięć lat temu. Kiedy założyłem Google Quantum AI w 2012 r., celem było zbudowanie użytecznego, wielkoskalowego komputera kwantowego, który mógłby wykorzystać mechanikę kwantową, „system operacyjny” Natury w stopniu, w jakim go znamy dzisiaj, aby przynieść korzyści społeczeństwu poprzez rozwijanie odkryć naukowych, opracowywanie pomocnych aplikacji i rozwiązywanie niektórych z największych wyzwań społecznych. Dzisiaj jesteśmy bliżej tego celu
- powiedział Hartmut Neven.
