Prispevek na spletni strani MIT Technology Review o tem, da Googlovi raziskovalci trdijo, da so dosegli preboj v kvantnem popravljanju napak, kar bi lahko omogočilo izdelavo uporabnih kvantnih računalnikov. Uspeli so ustvariti logični kubit, ki z uporabo več fizičnih kubitov učinkoviteje zmanjšuje napake kot prejšnji modeli. Čeprav je to pomemben korak, pa je še vedno potrebno veliko dela, da bi razvili kvantne računalnike, sposobne izvajati dolge in zapletene algoritme. Nekateri strokovnjaki opozarjajo pred pretiranim navdušenjem, saj je razvoj kvantne strojne opreme dolgotrajen proces.
Podrobnejša vsebina prispevka je pripravil virtualni asistent NotebookLM:
Glavne teme prispevka:
Kvantno računalništvo in izzivi:
Članek se osredotoča na izzive pri razvoju uporabnih kvantnih računalnikov. Glavni izziv so napake, ki se pojavljajo pri shranjevanju in manipulaciji informacij, zaradi katerih je izvajanje dolgih algoritmov nemogoče. Kvantni računalniki uporabljajo kvantne bite (qubite), ki lahko poleg 0 in 1 predstavljajo tudi superpozicije teh dveh stanj. Napake se pojavljajo, ker so komponente kvantnih računalnikov zelo občutljive in se njihova stanja zlahka spremenijo.
“One major challenge has been that quantum computers can store or manipulate information incorrectly, preventing them from executing algorithms that are long enough to be useful.”
Googlov preboj v korekciji napak:
Raziskovalci pri Googlu so dosegli preboj pri korekciji napak, kar bi lahko omogočilo razvoj bolj zanesljivih kvantnih računalnikov. S tehniko “surface code” so uspeli zmanjšati število napak pri manipulaciji in shranjevanju podatkov.
“The new research from Google Quantum AI and its academic collaborators demonstrates that they can actually add components to reduce these errors.”
“This error correction stuff really works, and I think it’s only going to get better,” wrote Michael Newman, a member of the Google team, on X.”
Logični in fizični kubiti:
Raziskovalci namesto shranjevanja informacij v enem fizičnem kubitu, informacijo kodirajo v več fizičnih kubitov, ki jih imenujejo logični kubit. Logični kubit je bolj robusten in zdrži informacije dlje kot en sam fizični kubit. Google je uporabljal algoritem imenovan “surface code” za popravljanje napak v logičnem kubitu.
“Early experiments on quantum computers stored each unit of information in a single physical qubit. Now researchers, including Google’s team, have begun experimenting with encoding each unit of information in multiple physical qubits. They refer to this constellation of physical qubits as a single “logical” qubit”.
“In the new work, Google made a single logical qubit out of varying numbers of physical qubits.”
Povečanje števila fizičnih kubitov zmanjša napake:
Googlova ekipa je dokazala, da logični kubit, sestavljen iz 105 fizičnih kubitov, učinkoviteje preprečuje napake kot logični kubit, sestavljen iz 72 kubitov. To nakazuje, da povečanje števila fizičnih kubitov v logičnem kubitu lahko učinkovito zmanjša napake.
“Crucially, the researchers demonstrated that a logical qubit composed of 105 physical qubits suppressed errors more effectively than a logical qubit composed of 72 qubits.”
“That suggests that putting increasing numbers of physical qubits together into a logical qubit “can really suppress the errors,” says Brown.”
Življenjska doba logičnega kubita: Življenjska doba logičnega kubita je za 2,4-krat daljša od življenjske dobe najboljšega fizičnega kubita, iz katerega je sestavljen. To pomeni, da lahko Google shranjuje podatke v zanesljivem kvantnem “spominu”.
“The researchers also report that the lifetime of the logical qubit exceeds the lifetime of its best constituent physical qubit by a factor of 2.4. Put another way, Google’s work essentially demonstrates that it can store data in a reliable quantum “memory.””
Naslednji koraki: Raziskovalci priznavajo, da je to šele prvi korak k razvoju kvantnega računalnika s korekcijo napak. Potrebno je pokazati, da je mogoče z logičnimi kubiti izvajati logične operacije in jih povezati v večjo celoto.
“However, this demonstration is just a first step toward an error- corrected quantum computer, says Jay Gambetta, the vice president of IBM’s quantum initiative.”
““At the end of the day, what matters is: How big of a quantum circuit could you run?” he says.”
Primerjava z IBM: IBM razvija drugačno metodo korekcije napak (low-density parity-check code), ki naj bi bila bolj primerna za večje število kubitov. IBM načrtuje, da bo do leta 2026 ustvaril 12 logičnih kubitov iz 244 fizičnih kubitov.
“IBM, whose quantum computers are also composed of qubits made of superconducting circuits, is taking an error correction approach that’s different from Google’s surface code method. It thinks this method, known as low-density parity-check code, will be easier to scale, with each logical qubit requiring fewer physical qubits to achieve comparable error suppression rates.”
Drugi pristopi: Poleg Googla in IBM, druge raziskovalne skupine preučujejo različne materiale za fizične kubite, kot so nevtralni atomi. Na primer, podjetje QuEra je demonstriralo algoritme z 48 logičnimi kubiti iz rubidijevih atomov.
“Other researchers are exploring other promising approaches, too. Instead of superconducting circuits, a team affiliated with the Boston-based quantum computing company QuEra uses neutral atoms as physical qubits.”
Potrebno je potrpljenje: Strokovnjaki opozarjajo, da ne smemo precenjevati trenutnega napredka in da je razvoj kvantne tehnologije dolgotrajen proces. Za izvajanje uporabnih algoritmov bo potrebno veliko večje število logičnih operacij in kubitov.
“Gambetta cautions researchers to be patient and not to overhype the progress. “I just don’t want the field to think error correction is done,” he says.”
“To execute algorithms with guaranteed practical utility, a quantum computer needs to perform around a billion logical operations, says Brown. “And no one’s near a billion operations yet,” he says.”
Ključne ideje/dejstva:
- Google je dosegel pomemben napredek pri zmanjševanju napak v kvantnih računalnikih z uporabo “surface code” tehnike.
- Logični kubiti, sestavljeni iz več fizičnih kubitov, so bolj robustni in manj nagnjeni k napakam.
- Življenjska doba kvantnega “spomina” je se povečala, kar je ključno za dolge algoritme.
- Razvoj kvantnega računalništva je še vedno v zgodnji fazi in zahteva veliko potrpljenja in dela.
Zaključek:
Googlov preboj v korekciji napak je pomemben korak naprej k razvoju uporabnih kvantnih računalnikov, vendar so potrebne še nadaljnje raziskave in napredki, da se bo potencial kvantne tehnologije lahko v celoti izkoristil. Članek poudarja, da je to šele začetek poti in da je pot do kvantnega računalnika, ki bo reševal realne probleme, še dolga.