Ibm atklāja savu ceļu, lai izveidotu pasaulē pirmo lielo mērogu, tolerants Kvantu dators, iestatīšana praktiskai un mērogojamai kvantu skaitļošanai.
Piegādāts līdz 2029. gadam, IBM Quantum Starling tiks uzbūvēts jaunā IBM kvantu datu centrā Poughkeepsie, Ņujorkā, un paredzams, ka tā veiks 20 000 reizes vairāk operāciju nekā šodienas kvantu datori.
Lai pārstāvētu IBM stāvokli Starling, būtu nepieciešams atmiņa par vairāk nekā visspēcīgāko superdatoru quindecillion (10^48) atmiņu.
Izmantojot Starling, lietotāji varēs pilnībā izpētīt tā kvantu stāvokļu sarežģītību, kas pārsniedz ierobežotās īpašības, kurām var piekļūt pašreizējie kvantu datori.
IBM, kas jau darbojas ar lielu, globālu kvantu datoru floti, izlaiž jaunu kvantu attīstības ceļvedi, kurā ir aprakstīts dzīvotspējīgs un galīgs plāns, lai izveidotu praktisku, kļūdu izturīgu kvantu datoru.
“IBM plāno nākamo robežu kvantu skaitļošanā,” paziņojumā sacīja IBM priekšsēdētājs un izpilddirektors Arvind Krišna. “Mūsu kompetence starp matemātiku, fiziku un inženierzinātnēm paver ceļu liela mēroga, kļūdu tolerantu kvantu datoram-tādu, kas atrisinās reālās pasaules izaicinājumus un atklās milzīgas iespējas uzņēmējdarbībai.”
Liela mēroga, bojājumu tolerants kvantu dators ar simtiem vai tūkstošiem loģisku quits varētu sasniegt simtiem miljonu līdz miljardiem operāciju, kas varētu paātrināt laika un izmaksu efektivitāti tādās jomās kā zāļu izstrāde, materiālu atklāšana, ķīmija un optimizācija.
Starling varēs piekļūt skaitļošanas jaudai, kas nepieciešama šīm problēmām, veicot 100 miljonus kvantu operāciju, izmantojot 200 loģiskas kvotas. Tas būs pamats IBM Blue Jay, kas spēs izpildīt 1 miljardu kvantu operāciju, kas pārsniedz 2000 loģiskas kvotas.
Loģiskais kvadrāts ir kļūdu koriģēta kvantu datora vienība, kuras uzdevums ir saglabāt vienu kvadrātu vērtīgu kvantu informāciju. To var izgatavot no vairākām fiziskām qubits, kas strādā kopā, lai saglabātu šo informāciju un uzraudzītu viens otru, lai iegūtu kļūdas.
Tāpat kā klasiskie datori, kvantu datori ir jālabo kļūdas, lai palaistu lielas darba slodzes bez kļūdām. Lai to izdarītu, fizisko Qubit kopas tiek izmantotas, lai izveidotu mazāku skaitu loģisko čaumalu ar zemāku kļūdu līmeni nekā pamatā esošajām fiziskajām kvadrātiem. Loģiskie kvarbitu kļūdu līmeņi tiek eksponenciāli nomākti ar klastera lielumu, ļaujot tām veikt lielāku operāciju skaitu.
Arvien vairāk loģisko quits, kas spēj izpildīt kvantu shēmu, ir izšķiroša skaita ar pēc iespējas mazāk fiziskām kvadrātu, ir kritiski svarīgi kvantu skaitļošanai mērogā. Līdz šodienai nav publicēts skaidrs ceļš, lai izveidotu šādu kļūdu izturīgu sistēmu bez nereālas inženiertehniskās pieskaitāmās izmaksas.
Ceļš uz liela mēroga vainas toleranci
Efektīvas arhitektūras efektīvas arhitektūras izpildīšanas panākumi ir atkarīgi no tā kļūdu koriģējošā koda izvēles un to, kā sistēma ir izstrādāta un izveidota, lai šis kods varētu mērogot, sacīja IBM.
Alternatīvas un iepriekšējie zelta standarta kļūdu koriģējošie kodi rada pamata inženierzinātņu problēmas. Lai mērogotu, viņiem būtu nepieciešams neiespējami daudz fizisku kubitu, lai izveidotu pietiekami daudz loģisku apvalku, lai veiktu sarežģītas darbības – nepieciešami nepraktiski daudzi infrastruktūra un vadības elektronika. Tas viņiem maz ticams, ka tos varēs ieviest ārpus maza mēroga eksperimentiem un ierīcēm, sacīja IBM.
Liela mēroga, kļūmēm tolerantam kvantu datoram ir nepieciešama arhitektūra, kas ir:
- Kļūda tolerants, lai apspiestu pietiekami daudz kļūdu, lai gūtu panākumus noderīgiem algoritmiem.
- Spēj sagatavot un izmērīt loģiskas qubits, izmantojot aprēķinu.
- Spēj izmantot universālas instrukcijas šīm loģiskajām kubikām.
- Spēj atšifrēt mērījumus no loģiskām kvadrātēm reāllaikā un var mainīt
turpmākās instrukcijas. - Modulārs līdz simtiem vai tūkstošiem loģisku čaumalu, lai darbotos sarežģītāk
algoritmi. - Pietiekami efektīvs, lai izpildītu jēgpilnus algoritmus ar reālistiskiem fiziskiem resursiem,
piemēram, enerģija un infrastruktūra.
Šodien IBM ievieš divus jaunus tehniskos dokumentus, kas sīki apraksta, kā tas atrisinās atlikušos kritērijus, lai izveidotu liela mēroga, ar kļūdām izturīgu arhitektūru.
Viens papīrs atklāj, kā šāda sistēma apstrādā instrukcijas un efektīvi darbosies ar QLDPC kodiem. Šis darbs balstās uz revolucionāro pieeju kļūdu korekcijai, kas parādīta uz dabas vāka, kas ieviesa kvantu zemas blīvuma paritātes pārbaudes (QLDPC) kodus. Šis kods krasi samazina kļūdu korekcijai nepieciešamo fizisko kvadrātu skaitu un samazinājumus, kas nepieciešami aptuveni 90 procentiem, salīdzinot ar citiem vadošajiem kodiem. Turklāt tas izklāsta resursus, kas nepieciešami liela mēroga kvantu programmu vadīšanai, lai pierādītu šādas arhitektūras efektivitāti pār citiem.
Līdz otrais papīrs Apraksta, kā efektīvi atšifrēt informāciju no fiziskajām kvadrātiem un apraksta ceļu, lai identificētu un labotu kļūdas reāllaikā ar parastajiem skaitļošanas resursiem.
No ceļveža līdz realitātei
Jaunajā IBM kvantu ceļvedī ir aprakstīti galvenie tehnoloģiju pagrieziena punkti, kas parādīs un izpildīs vainas tolerances kritērijus. Katrs jaunais procesors ceļvedī risina īpašas problēmas, lai izveidotu modulāras, mērogojamas un koriģētas kļūdas.
IBM Quantum Loon, kas, sagaidāms 2025. gadā, ir paredzēts, lai pārbaudītu arhitektūras komponentus QLDPC kodam, ieskaitot “C-savienotājus”, kas savieno Qubits lielākos attālumos tajā pašā mikroshēmā.
IBM Quantum Kookaburra, kas, sagaidāms 2026. gadā, būs IBM pirmais modulārais procesors, kas paredzēts kodētās informācijas glabāšanai un apstrādei. Tas apvienos kvantu atmiņu ar loģikas operācijām-pamatbūvi, lai palielinātu kļūmju tolerantu sistēmas ārpus vienas mikroshēmas.
IBM Quantum Cockatoo, kas, sagaidāms 2027. gadā, ienāks divos Kookaburra moduļos, izmantojot “L-Couplers”. Šī arhitektūra sasaistīs kvantu mikroshēmas, piemēram, mezglus lielākajā sistēmā, izvairoties no nepieciešamības veidot nepraktiski lielas mikroshēmas.
Kopā šie sasniegumi ir paredzēti, lai kulminācija būtu Starling 2029. gadā.
avots
