IBM kvantiniai procesoriai perdavė būseną 99 % tikslumu: kodėl tai svarbu kompiuterių ateičiai?

Sekite TechNaujienos Google

IBM mokslininkai pristatė būdą sujungti du kvantinius procesorius kelių metrų ilgio specialiais kanalais ir perduoti tarp jų kvantinę būseną vidutiniškai 99 % tikslumu. Spalio 27 dienos bendrovės techninėje publikacijoje nurodoma, kad bandyme panaudoti du „Quantum Nighthawk“ procesoriai ir keturi vadinamieji „l-couplers“ jungiamieji elementai. Tai reikšmingas modulinės kvantinės architektūros bandymas, bet jo negalima vadinti visų kvantinių skaičiavimo klaidų sumažinimu 99 %.

Kvantiniai kompiuteriai naudoja kubitus, kurių būsenos yra jautrios aplinkos trikdžiams ir valdymo netikslumams. Kuo didesnį skaičiavimą norima atlikti, tuo svarbesnis patikimas skirtingų kubitų tarpusavio ryšys. Viename luste kubitų skaičius ribojamas technologinių bei fizinių apribojimų, todėl viena plėtros krypčių – jungti kelis procesorius į didesnę sistemą.

Tačiau skirtingų lustų sujungimas yra sudėtingesnis už įprastų kompiuterio modulių ryšį. Kvantinė informacija turi būti perduodama išsaugant būsenos savybes, kurios svarbios skaičiavimui. Net nedideli nuostoliai ar triukšmas gali pabloginti bendro algoritmo rezultatą. IBM tyrimas rodo pažangą būtent šioje konkrečioje technologinėje dalyje.

Kodėl 99 % tikslumas nėra 99 % klaidų ištaisymas

Bendrovės skelbiama reikšmė apibūdina kvantinės būsenos perdavimo tarp procesorių kokybę pagal bandymo sąlygas. Ji nėra teiginys, kad kvantinis kompiuteris apskritai veikia su vieno procento klaidų lygiu arba kad kiekvieną algoritmą galima vykdyti beveik be paklaidų. Skirtingų vartų, matavimų ir informacijos perdavimo patikimumas turi būti vertinamas atskirai.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 12 minučių

„Revolut“ taupymo iššūkis Lietuvoje: kaip veikia palūkanos ir kuo taupymas skiriasi nuo investavimo?

4 min. skaitymo • prieš 27 minutės

Lenkijos konstitucinė krizė gilėja: Tuskas ir prezidentas nesutaria dėl teismo valdžios

4 min. skaitymo • prieš 57 minutės

„Artemis II“ jau apskriejo Mėnulį: ką patvirtino NASA ir kas laukia kitų misijų?

Visi naujausi straipsniai →

Klaidų korekcijai naudojami specialūs kodai ir papildomi fiziniai kubitai. Jie leidžia aptikti bei taisyti tam tikrus sutrikimus, bet reikalauja didelių resursų. Modulinė architektūra gali tapti svarbi, jei vieną logiškai patikimą skaičiavimo sistemą reikės kurti iš daugybės tarpusavyje susietų lustų.

IBM anksčiau skelbė ir apie programinius metodus, kurie leidžia sumažinti kai kurių skaičiavimų klaidų poveikį. Tačiau kvantinių kompiuterių praktiniai apribojimai apima ne tik fizikines kubitų savybes, bet ir visos sistemos valdymą, aušinimą bei algoritmų konstrukciją.

Modulinė architektūra galėtų keisti pramonės planus

Jei keli kvantiniai procesoriai gali patikimai veikti kartu, ateities sistemos teoriškai galėtų būti plečiamos pridedant modulius, o ne vien didinant vieną lustą. Tai primintų dalį šiandieninių serverių architektūros principų, tačiau kvantiniai skaičiavimai reikalauja kitokių ryšio ir sinchronizavimo savybių. Todėl analogiją su įprastais kompiuteriais reikia vertinti tik kaip infrastruktūros plėtros paaiškinimą.

IBM teigia, kad jos jungiamųjų kanalų technologija suderinama su „Nighthawk“ ir gali padėti būsimoms „Starling“ sistemoms. Tai technologinė kryptis, o ne pažadas, kad konkretus komercinis produktas jau šiandien pasiekiamas bet kuriam vartotojui.

Mokslininkams svarbi ir nepriklausoma rezultatų patikra. Reikia įsitikinti, kaip ryšio patikimumas keičiasi didinant kanalų skaičių ir vykdant sudėtingesnes operacijas. Kuo daugiau komponentų, tuo svarbiau, kaip valdomas bendras triukšmas ir sistemos kalibravimas.

Vienas kvantinės sistemos plėtros iššūkių – ryšių kiekis. Didinant fizinių kubitų skaičių, būtina perduoti valdymo signalus, užtikrinti aušinimą ir palaikyti tikslų operacijų sinchronizavimą. Jei visi komponentai koncentruojami vienoje vietoje, aparatinės konstrukcijos sudėtingumas auga. Modulinė architektūra leidžia svarstyti kitokį organizavimo principą, tačiau tada atsiranda papildomas ryšio tarp modulių patikimumo klausimas.

Vadinamieji „l-couplers“ skirti būtent kvantinėms būsenoms perduoti tarp atskirų lustų. IBM tyrime naudoti metro mastelio kanalai, kurie gerokai skiriasi nuo mikroskopinių jungčių pačiame procesoriuje. Tai parodo, kad galima eksperimentuoti su didesniu fiziniu atstumu tarp modulių. Tačiau vieno sėkmingo bandymo rezultatai negarantuoja tokio paties patikimumo, kai būtų sujungta daug daugiau procesorių ar naudojamas ilgesnis veikimo laikas.

Kvantinių procesorių rezultatai turi būti vertinami konkrečių matavimo sąlygų kontekste. Pavyzdžiui, būsenos perdavimo tikslumas trumpame bandyme neparodo, kiek patikimai sistema veiks ištisas valandas atlikdama vis sudėtingesnius algoritmus. Mokslininkams svarbu palyginti rezultatus po kalibravimo, pakartoti matavimus su daugiau jungiamųjų elementų ir įvertinti, kaip sistemos triukšmas keičiasi didėjant jos masteliui. Tik tokie bandymai galės pagrįsti praktinius modulinių kvantinių kompiuterių pranašumus.

Kvantinių technologijų tyrėjams svarbu, ar nauji ryšiai bus suderinami su klaidų korekcijos metodais. Kuriant loginius kubitus, naudojama daug fizinių elementų, kurie kartu saugo informaciją nuo dalies klaidų. Jei tarp modulių perduodama informacija iškraipoma, papildomos korekcijos operacijos gali sumažinti visos sistemos pranašumą. Todėl realaus proveržio kriterijus ateityje turėtų būti ne vien perdavimo tikslumo procentas, bet ir sėkmingai atliktų sudėtingesnių skaičiavimų rezultatai.

Apie šį patį tyrimą jau esame pranešę, tad naujoji analizė išskiria techninę 99 % rodiklio prasmę ir jo ribas. Tikras proveržis kasdienėms paslaugoms priklausys nuo to, ar tokios technologijos leis patikimai vykdyti praktiškai naudingus algoritmus.