Amazon Web Services (AWS) ogłosił powstanie prototypowego chipu kwantowego Ocelot. Inżynierowie AWS przedefiniowali podstawy budowy chipu z dodawania większej liczby bitów kwantowych (kubitów) na skuteczniejszą korekcję istniejących szumów. Szacują, że to podejście przyspieszy ogólnodostępność komputerów kwantowych nawet o pięć lat.
Podstawową różnicą pomiędzy komputerami kwantowymi a konwencjonalnymi są wykorzystywane przez nie jednostki informacji. „Klasyczne” komputery korzystają z bitów, w których podstawowe jednostki informacji są zapisywane jako 1 lub 0. Komputery kwantowe wykorzystują natomiast bity kwantowe, zwane również kubitami, w których podstawowymi informacjami są molekuły, takie jak elektrony i fotony. Naukowcy mogą precyzyjnie manipulować stanem kwantowym kubitów – poprzez dokładnie wymierzone i dopasowane impulsy elektromagnetyczne – dzięki czemu każda cząstka może być równocześnie 1 i 0. Pozwala to na znaczące przyspieszenie obliczeń w porównaniu z konwencjonalnymi komputerami.
Gdzie leży problem?
Możliwości kubitów rewolucjonizują moce obliczeniowe dostępne ludziom, jednak mają jedną cechę opóźniającą ogólnodostępność komputerów kwantowych: są niesamowicie czułe. Ich stan kwantowy mogą zmienić wibracje, ciepło, fale z telefonów komórkowych i sieci Wi-Fi, a nawet promieniowanie z kosmosu.
Wyzwaniem nie jest więc zbudowanie większej liczby kubitów, a sprawienie, że będą niezawodne – powiedział Oskar Painter, AWS Director of Quantum Hardware.
Żeby zniwelować „szumy” ze środowiska zewnętrznego, informacje w komputerach kwantowych są kodowane w wielu kubitach na raz w tzw. kubity logiczne. Umożliwia to również korygowanie występujących błędów. Liczba kubitów potrzebna do uzyskania dokładnych i pewnych wyników byłaby na tyle duża, że ich stworzenie wiąże się z zaporowymi kosztami.
Jak AWS chce przyspieszyć ogólnodostępność kwantów?
Przyjrzeliśmy się temu, jak inni podchodzili do kwantowej korekcji błędów i zdecydowaliśmy się pójść inną drogą. Nie braliśmy istniejącej architektury z zamiarem dodania do niej zabezpieczeń. Zamiast tego przy wyborze kubitu i architektury, głównym wymogiem była kwantowa korekcja błędu. Wierzymy, że jeśli mamy zamiar stworzyć praktyczne komputery kwantowe, kwantowa korekcja błędu musi być na pierwszym miejscu – powiedział Painter.
A czym jest wspomniana przez Paintera kwantowa korekcja błędu? Wyobraźmy sobie system kontroli jakości produkcji w którym do wychwycenia wszystkich wad potrzebny jest tylko jeden punkt kontrolny zamiast dziesięciu. Innymi słowy, oferuje ten sam wynik, ale przy mniejszej ilości zasobów i ogólnie ulepszonym procesie produkcyjnym. Zmniejszając ilość potrzebnych zasobów dzięki podejściom takim jak Ocelot, komputery kwantowe mogą być budowane jako mniejsze, bardziej niezawodne i tańsze.
Prototypowy chip kwantowy Ocelot to pierwszy krok w testowaniu architektury korekcji szumów kwantowych. Podstawą chipu są tzw. kocie kubity, nazwane na cześć kota Schrödingera, które dzięki swojej budowie tłumią pewne formy błędów. Dodatkowo, w Ocelocie znalazły się formy korekcji błędów zapożyczone z istniejących rozwiązań przemysłu mikroelektronicznego. Na chip składa się 14 komponentów: pięć kocich kubitów z danymi, pięć obwodów buforowych stabilizujących dane oraz cztery dodatkowe kubity stworzone do wykrywania błędów w kubitach z danymi.
Dopiero zaczynamy i wierzymy, że przed nami jeszcze kilka etapów skalowania. To niezwykle skomplikowany problem, ale będziemy dalej inwestować w badania i współpracować z uczelniami. W tej chwili naszym zadaniem jest dalsze wprowadzanie innowacji w obliczeniach kwantowych, ciągłe sprawdzanie, czy używamy właściwej architektury i włączanie tych wniosków do naszych wysiłków inżynieryjnych. To koło zamachowe ciągłego doskonalenia i skalowania – zaznacza Painter.
