Научници праве „најпрецизнији“ квантни рачунарски чип икада захваљујући новој рачунарској архитектури заснованој на силицијуму
Физичари из Силицон Куантум Цомпутинг-а развили су оно што кажу да је најтачније квантно рачунарство чип икада направљен, након изградње нове врсте архитектуре.
Представници стартапа из Сиднеја кажу да им њихови атомски квантни рачунарски чипови базирани на силицијуму дају предност у односу на друге врсте квантне јединице за обраду (КПУ). То је зато што су чипови засновани на новој архитектури, названој „14/15“, која поставља атоме фосфора у силицијум (назван као такви јер су 14. и 15. елементи у периодичној табели). Они су своје налазе изложили у новој студији објављеној 17. децембра у часопису Натуре.
СКЦ је постигао стопе верности између 99,5% до 99,99% у квантном рачунару са девет нуклеарних кубита и два атомска кубита, што је резултирало првом демонстрацијом атомског, силицијумског квантног рачунарства у различитим кластерима.
Стопе верности мере колико добро функционишу технике исправљања грешака и ублажавања. Представници компаније кажу да су постигли најсавременију стопу грешака на својој архитектури по мери.
Ово можда не звучи тако узбудљиво као квантни рачунари са хиљадама кубита, али архитектура 14/15 је масовно скалабилна, рекли су научници у студији. Додали су да демонстрирање врхунске верности у вишеструким кластерима служи као доказ концепта за оно што би, теоретски, могло довести до КПУ-а отпорних на грешке са милионима функционалних кубита.
Тајни сос је силицијум (са страном фосфора)
Квантно рачунарство се изводи по истом принципу као и бинарно рачунарство — енергија се користи за извођење прорачуна. Али уместо коришћења електричне енергије за пребацивање прекидача, као што је случај у традиционалним бинарним рачунарима, квантно рачунарство укључује креирање и манипулацију кубитима — квантним еквивалентом битова класичног рачунара.
Кубити долазе у бројним облицима. Научници Гугла и ИБМ-а граде системе са суперпроводним кубитима који користе затворена кола, док су неке лабораторије, као што је ПсиКуантум, развиле фотонске кубите – кубите који су честице светлости. Други, укључујући ИонК, раде са заробљеним јонима – хватају појединачне атоме и држе их у уређају који се назива ласерска пинцета.
Општа идеја је да се користи квантна механика да се манипулише нечим веома малим на такав начин да се изводе корисна израчунавања из његових потенцијалних стања. Представници СКЦ-а кажу да је њихов процес за ово јединствен, јер су КПУ-ови развијени користећи архитектуру 14/15.
Они стварају сваки чип постављањем атома фосфора у чисте силиконске плочице.
„То је најмања врста величине у силиконском чипу,“ Мицхелле Симонсизвршни директор СКЦ-а, рекао је за Ливе Сциенце у интервјуу. „То је 0,13 нанометара, и то је у суштини врста дужине везе коју имате у вертикалном правцу. То је два реда величине испод уобичајеног онога што ТСМЦ ради као свој стандард. То је прилично драматично повећање прецизности.“
Повећање сутрашњег броја кубита
Да би научници постигли скалирање у квантном рачунарству, свака платформа има различите препреке које треба превазићи или ублажити.
Једна универзална препрека за све квантне рачунарске платформе је исправљање грешака (КЕЦ). Квантна израчунавања се дешавају у изузетно крхким окружењима, са кубитима осетљивим на електромагнетне таласе, температурне флуктуације и друге стимулусе. Ово узрокује да се суперпозиција многих кубита „колапсира“ и они постају немерљиви — са квантним информацијама које се губе током прорачуна.
За компензацију, већина квантних рачунарских платформи посвећује одређени број кубита за ублажавање грешака. Они функционишу на сличан начин као провера или паритет битова у класичној мрежи. Али како се број кубита повећава, тако се повећава и број кубита потребних за КЕЦ.
„Имамо ова дуга времена кохерентности нуклеарних окретаја и имамо врло мало онога што називамо „грешке преокретања бита“. Дакле, наши кодови за исправљање грешака су много ефикаснији. Не морамо да исправљамо за окретање бита и фазу за грешке“, рекао је Симонс.
У другим квантним системима заснованим на силицијуму, грешке преокретања бита су израженије јер кубити имају тенденцију да буду мање стабилни када се манипулише са грубљом тачношћу. Пошто су СКЦ-ови чипови пројектовани са великом прецизношћу, они су у стању да ублаже одређене појаве грешака које се јављају на другим платформама.
„Заиста морамо да исправимо само те грешке у фази“, додао је Вилијамс. „Дакле, кодови за исправку грешака су много мањи, па самим тим и цео трошкови које радите за исправљање грешака
је много, много смањено.“
Трка да се победи Гроверов алгоритам
Стандард за тестирање верности у квантном рачунарском систему је рутина која се зове Гроверов алгоритам. Дизајнирао га је компјутерски научник Лов Гровер 1996. да би демонстрирао да ли квантни рачунар може да демонстрира „предност“ у односу на класични рачунар у специфичној функцији претраживања.
Данас се користи као дијагностички алат за одређивање колико ефикасно квантни системи функционишу. У суштини, ако лабораторија може да достигне стопе верности квантног рачунарства у распону од 99,0% и више, сматра се да је постигла квантно рачунарство са исправљеном грешком, толерантно на грешке.
У фебруару 2025. СКЦ је објавио студију у часопису Природа у којој је тим показао стопу верности од 98,9% на Гроверовом алгоритму са његовом архитектуром 14/15.
Ватцх Он
У том погледу, СКЦ је надмашио фирме као што су ИБМ и Гоогле; иако су показали конкурентне резултате са десетинама или чак стотинама кубита у односу на СКЦ-ова четири кубита.
ИБМ, Гоогле и други истакнути пројекти још увек тестирају и понављају своје мапе пута. Међутим, како повећавају број кубита, приморани су да прилагоде своје технике ублажавања грешака. КЕЦ се показао међу уским грлима које је најтеже превазићи.
Али научници из СКЦ-а кажу да је њихова платформа толико „недостатак грешке“ да је успела да обори рекорд на Гроверовој без покретања икакве корекције грешке на врху кубита.
„Ако погледате Гроверов резултат који смо произвели на почетку године, добили смо Гроверов албум највеће верности на 98,87% од теоретског максимума и, по том питању, уопште не исправљамо грешке“, рекао је Симонс.
Вилијамс каже да се „кластери“ кубита који се налазе у новом систему од 11 кубита могу скалирати да представљају милионе кубита – иако инфраструктурна уска грла могу ипак успорити напредак.
„Очигледно како се крећемо према већим системима, радићемо на исправљању грешака“, рекао је Симонс. „Свака компанија то мора да уради. Али број кубита који ће нам требати биће много мањи. Стога ће физички систем бити мањи. Захтеви за снагом ће бити мањи.“
