- 27,636
- 46
- 8 Ноя 2022
Скоро квантовые ошибки больше не будут иметь права на существование. Но хорошо ли это?
Квантовые компьютеры пока не умеют решать промышленные задачи лучше классических систем, но постепенно подходят к главному рубежу: устойчивым вычислениям с исправлением ошибок. Новая работа Sandia National Laboratories и Quantinuum показывает , насколько близко к этому этапу подошли системы на ионах. В своей статье исследователи описали результаты проверки Helios - коммерческого квантового компьютера Quantinuum на 98 кубитов.
Кубит - квантовый аналог бита, но работает не как обычные ноль и единица. За счёт квантовых состояний такие элементы могут участвовать в вычислениях, которые плохо даются классическим машинам. Проблема в том, что кубиты крайне чувствительны к шуму. Ошибка в лазерной настройке, лишнее движение атома, сбой при считывании или неидеальная операция между кубитами быстро портят результат. Поэтому для квантовых компьютеров сегодня важнее не скорость, а надёжность.
Helios показал очень высокую точность базовых операций. Для действий с одним кубитом достоверность достигла 99,9975%, для операций с двумя кубитами - 99,921%. В квантовых вычислениях этот показатель называют "fidelity" (можнно перевести как "верность"): он показывает, насколько близко реальная операция совпадает с идеальной. Чем выше значение, тем меньше ошибок накапливается в ходе программы.
Для Quantinuum эти результаты делают Helios крупнейшей и самой надёжной системой компании на данный момент. Но значение работы шире одного рекорда. Министерство энергетики США рассчитывает прийти к отказоустойчивым квантовым компьютерам - системам, где ошибки можно обнаруживать и исправлять прямо во время вычислений. Без такого слоя даже крупный квантовый процессор остаётся экспериментальной машиной: он быстро накапливает сбои и теряет полезный результат.
Sandia сыграла в проекте роль независимого оценщика. Лаборатория много лет разрабатывает методы проверки квантовых компьютеров и ищет способы понять, где именно такие системы ошибаются. Для Helios специалисты применили разные тесты, включая собственные методики. Отдельное внимание уделили промежуточным измерениям в ходе вычисления. Такие операции позволяют считывать часть информации, не разрушая всю квантовую программу, и нужны для будущей коррекции ошибок.
Helios относится к системам на захваченных ионах. В таких компьютерах кубиты реализованы на отдельных атомах, удерживаемых электромагнитными полями. Лазеры управляют состояниями ионов и связывают их между собой для вычислений. У этого подхода есть сильная сторона: отдельные кубиты могут быть очень точными. Но при масштабировании возникают инженерные трудности - нужно управлять всё большим числом ионов, лазеров, оптических каналов и измерений.
Именно здесь Sandia и Quantinuum связывают дальнейший прогресс с интегрированной фотоникой. Это миниатюрные чипы, которые проводят свет по микроскопическим оптическим каналам. В квантовых компьютерах на ионах такие компоненты могут заменить часть громоздкой оптической инфраструктуры, снизить энергопотребление и упростить управление системой. Чем больше кубитов, тем важнее становится не только качество самих атомов, но и вся инженерная обвязка вокруг них.
Сотрудничество Sandia и Quantinuum длится уже четыре года и оформлено через соглашение о совместных исследованиях и разработках. Лаборатория помогает проектировать и тестировать компоненты, которые могут войти в будущие платформы. Лаборатория оценивает возможности и риски квантовых технологий для правительства США, включая криптографию, новые материалы, фармацевтику, энергетику, сенсоры и защищённые коммуникации.
Квантовые компьютеры напрямую связаны с вопросами национальной безопасности. В перспективе они могут ускорить моделирование молекул и материалов, помочь в разработке лекарств и новых энергетических технологий, а также повлиять на криптографию. Поэтому государственные лаборатории не только создают собственные прототипы, но и проверяют коммерческие системы, чтобы понимать реальный уровень отрасли без рекламных оценок производителей.
Результаты Helios не означают, что полезный универсальный квантовый компьютер уже готов. 98 кубитов с высокой точностью - важный шаг, но для сложных задач понадобятся системы намного большего масштаба, устойчивые схемы коррекции ошибок и надёжное программное окружение. Пока отрасль доказывает, что отдельные операции можно выполнять всё точнее и что контроль над ошибками постепенно становится практической инженерной задачей.
Квантовые компьютеры пока не умеют решать промышленные задачи лучше классических систем, но постепенно подходят к главному рубежу: устойчивым вычислениям с исправлением ошибок. Новая работа Sandia National Laboratories и Quantinuum показывает , насколько близко к этому этапу подошли системы на ионах. В своей статье исследователи описали результаты проверки Helios - коммерческого квантового компьютера Quantinuum на 98 кубитов.
Кубит - квантовый аналог бита, но работает не как обычные ноль и единица. За счёт квантовых состояний такие элементы могут участвовать в вычислениях, которые плохо даются классическим машинам. Проблема в том, что кубиты крайне чувствительны к шуму. Ошибка в лазерной настройке, лишнее движение атома, сбой при считывании или неидеальная операция между кубитами быстро портят результат. Поэтому для квантовых компьютеров сегодня важнее не скорость, а надёжность.
Helios показал очень высокую точность базовых операций. Для действий с одним кубитом достоверность достигла 99,9975%, для операций с двумя кубитами - 99,921%. В квантовых вычислениях этот показатель называют "fidelity" (можнно перевести как "верность"): он показывает, насколько близко реальная операция совпадает с идеальной. Чем выше значение, тем меньше ошибок накапливается в ходе программы.
Для Quantinuum эти результаты делают Helios крупнейшей и самой надёжной системой компании на данный момент. Но значение работы шире одного рекорда. Министерство энергетики США рассчитывает прийти к отказоустойчивым квантовым компьютерам - системам, где ошибки можно обнаруживать и исправлять прямо во время вычислений. Без такого слоя даже крупный квантовый процессор остаётся экспериментальной машиной: он быстро накапливает сбои и теряет полезный результат.
Sandia сыграла в проекте роль независимого оценщика. Лаборатория много лет разрабатывает методы проверки квантовых компьютеров и ищет способы понять, где именно такие системы ошибаются. Для Helios специалисты применили разные тесты, включая собственные методики. Отдельное внимание уделили промежуточным измерениям в ходе вычисления. Такие операции позволяют считывать часть информации, не разрушая всю квантовую программу, и нужны для будущей коррекции ошибок.
Helios относится к системам на захваченных ионах. В таких компьютерах кубиты реализованы на отдельных атомах, удерживаемых электромагнитными полями. Лазеры управляют состояниями ионов и связывают их между собой для вычислений. У этого подхода есть сильная сторона: отдельные кубиты могут быть очень точными. Но при масштабировании возникают инженерные трудности - нужно управлять всё большим числом ионов, лазеров, оптических каналов и измерений.
Именно здесь Sandia и Quantinuum связывают дальнейший прогресс с интегрированной фотоникой. Это миниатюрные чипы, которые проводят свет по микроскопическим оптическим каналам. В квантовых компьютерах на ионах такие компоненты могут заменить часть громоздкой оптической инфраструктуры, снизить энергопотребление и упростить управление системой. Чем больше кубитов, тем важнее становится не только качество самих атомов, но и вся инженерная обвязка вокруг них.
Сотрудничество Sandia и Quantinuum длится уже четыре года и оформлено через соглашение о совместных исследованиях и разработках. Лаборатория помогает проектировать и тестировать компоненты, которые могут войти в будущие платформы. Лаборатория оценивает возможности и риски квантовых технологий для правительства США, включая криптографию, новые материалы, фармацевтику, энергетику, сенсоры и защищённые коммуникации.
Квантовые компьютеры напрямую связаны с вопросами национальной безопасности. В перспективе они могут ускорить моделирование молекул и материалов, помочь в разработке лекарств и новых энергетических технологий, а также повлиять на криптографию. Поэтому государственные лаборатории не только создают собственные прототипы, но и проверяют коммерческие системы, чтобы понимать реальный уровень отрасли без рекламных оценок производителей.
Результаты Helios не означают, что полезный универсальный квантовый компьютер уже готов. 98 кубитов с высокой точностью - важный шаг, но для сложных задач понадобятся системы намного большего масштаба, устойчивые схемы коррекции ошибок и надёжное программное окружение. Пока отрасль доказывает, что отдельные операции можно выполнять всё точнее и что контроль над ошибками постепенно становится практической инженерной задачей.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
