Perlindungan alam semula jadi: Komputer kuantum masih dua tahun lagi daripada aplikasi praktikal

IBM mengumumkan bahawa komputer kuantum akan digunakan secara praktikal dalam tempoh dua tahun paling awal!

Pasukan IBM berjaya mensimulasikan gelagat bahan magnet pada pemproses kuantum Eaglenya.

Ini menandakan bahawa halangan terbesar kepada aplikasi praktikal pengkomputeran kuantum telah diselesaikan.

△Komputer kuantum dilengkapi dengan cip "Eagle"

Halangan ini dipanggil "quantum noise" dan akan menyebabkan hasil pengiraan menjadi muncul.

Pasukan penyelidik mengukur hingar setiap qubit dalam pemproses satu demi satu dan membuat kesimpulan keadaan sistem di bawah hingar sifar.

Berdasarkan pemerhatian dan spekulasi, pasukan itu membangunkan teknologi "mitigasi ralat" baharu.

Menggunakan teknologi ini, pasukan itu berjaya melakukan operasi kompleks pada pemproses Eagle 127-qubit.

Sarah Sheldon, pengarah kanan jabatan penyelidikan dan pembangunan kuantum IBM, berkata bahawa kita boleh mula membayangkan menggunakan komputer kuantum untuk menyelesaikan beberapa masalah yang tidak dapat diselesaikan sebelum ini.

Kertas berkaitan telah diterbitkan dalam terbitan terbaharu Alam Semulajadi dan muncul di muka depan.

Hasil penyelidikan ini turut diperkenalkan dalam keluaran terbaru Nature Podcast.

Hos rancangan itu mengulas bahawa langkah IBM adalah "sangat berani" tetapi juga "mempunyai bukti muktamad" apabila pengkomputeran kuantum tidak optimistik.

Lewat tahun ini, IBM juga akan mengeluarkan cip Condor 1121-qubit.

Jika anda tidak dapat menghapuskan bunyi bising, batalkannya

Disebabkan kewujudan kesan belitan kuantum, kuantum bukan sahaja mempunyai dua cara kewujudan: 0 dan 1, tetapi juga keadaan superposisinya .

Ini menjadikan kecekapan operasi kuantum secara teorinya jauh lebih tinggi daripada komputer tradisional yang hanya mempunyai dua keadaan: 0 dan 1.

Tetapi sebenarnya, komputer kuantum belum dimasukkan ke dalam aplikasi praktikal.

Alasannya agak membisu - walaupun pengkomputeran kuantum adalah pantas, kadar ralat juga sangat tinggi.

Pelaku di sebalik kesilapan adalah bunyi kuantum.

Mengikut Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, persekitaran penuh dengan tenaga yang turun naik sepanjang masa, dan ia tidak boleh dihapuskan walaupun suhu serendah sifar mutlak.

Perubahan zarah kuantum yang tidak berkesudahan menyebabkan mereka bersesak-sesak dan berlanggar antara satu sama lain Ini adalah punca bunyi kuantum.

Untuk kuantum tunggal, ralat yang disebabkan oleh hingar mungkin tidak tinggi (kurang daripada 1%).

Walau bagaimanapun, komputer kuantum ialah sistem kompleks yang terdiri daripada sejumlah besar kuanta, dan ralat yang dihasilkan oleh setiap kuantum menjadi tidak boleh diabaikan selepas superposisi.

Selain menyelesaikan masalah hingar kuantum, IBM percaya bahawa ia juga perlu untuk memastikan bahawa pemproses kuantum mempunyai skala dan kelajuan pengkomputeran tertentu.

Proses menghapuskan hingar kuantum dipanggil pembetulan ralat kuantum Kaedahnya ialah menggunakan lebih banyak qubit untuk menggambarkan qubit supaya ralat dapat diperbetulkan.

Tetapi kelemahan idea ini adalah jelas-kita tidak boleh mengawal begitu banyak qubit.

Oleh itu, untuk hingar kuantum, kaedah yang biasa digunakan sekarang adalah untuk mengimbangi pengaruhnya dan bukannya menghapuskannya secara langsung.

Kaedah pembatalan tradisional adalah untuk memantau maklumat ralat dalam masa nyata dan mewujudkan algoritma pembatalan Walau bagaimanapun, apabila bilangan qubit meningkat, kesesakan prestasi juga muncul.

Pasukan IBM telah membangunkan kaedah offset baharu untuk memintas kesesakan ini.

Inti kaedah ini ialah dua teknologi utama: regangan nadi (Regangan Nadi) dan ekstrapolasi bunyi sifar (Zero Noise E ekstrapolasi).

Regangan nadi menguatkan ralat kuantum dengan memanjangkan masa operasi setiap qubit, yang lebih kondusif untuk pemerhatian.

Dalam proses ini, IBM menggunakan model Ising yang biasa digunakan dalam fizik.

Andaian paling asas ialah interaksi hanya wujud antara putaran jiran terdekat.

Khusus untuk projek ini, susunan qubit adalah asas untuk menetapkan susunan kekisi model.

Walaupun disusun dengan cara yang sama, model Ising wujud secara bebas daripada perkakasan pemproses.

Ektrapolasi hingar sifar adalah untuk mewujudkan fungsi berdasarkan maklumat ralat yang dikumpul selepas penguatan pada nisbah yang berbeza (jumlah kutipan jauh lebih rendah daripada kaedah tradisional) Model.

Nilai titik sifar diekstrapolasi berdasarkan model fungsi, iaitu hasil pengiraan apabila tiada ralat.

Walaupun masih terdapat batasan tertentu, pemproses kuantum yang mengimbangi beberapa ralat dengan cara ini sudah boleh melakukan beberapa operasi.

Pasukan IBM menghantar keputusannya ke University of California, Berkeley untuk penilaian dan perbandingan dengan superkomputer mereka.

Hasilnya menunjukkan bahawa keputusan pengiraan komputer kuantum dipacu cip Eagle adalah lebih hampir kepada nilai sebenar berbanding komputer tradisional.

Walau bagaimanapun, penyelidik IBM menegaskan bahawa menggunakan kaedah mengimbangi ini untuk menghapuskan kesan hingar hanyalah strategi jangka pendek.

IBM juga secara beransur-ansur mengembangkan bilangan qubit yang terkandung dalam pemprosesnya.

Menurut penyelidik, pemproses dengan lebih daripada 100,000 qubit akan dihasilkan menjelang 2033, yang mana ralat kuantum akan diselesaikan secara asasnya.

Alamat kertas: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06096-3

Atas ialah kandungan terperinci Perlindungan alam semula jadi: Komputer kuantum masih dua tahun lagi daripada aplikasi praktikal. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!