השבב הקוונטי החדש של גוגל פתר בעיה שלמחשב העל הטוב ביותר היה דרוש פי קוודריליון מגיל היקום כדי לפצח

מדעני גוגל יצרו מעבד קוונטי חדש שבתוך חמש דקות פיצח בעיה שהייתה לוקחת למחשב העל הטוב בעולם 10 ספטיליון שנה לפתור. פריצת הדרך תאפשר למחשבים קוונטיים להיות פחות מועדים לשגיאות ככל שהם גדלים, ולהשיג אבן דרך שמתגברת על מכשול בן עשרות שנים.

הם מטבעם "רועשים", כלומר, ללא טכנולוגיות לתיקון שגיאות, כל אחד מכל 1,000- אבני הבניין הבסיסיות של מחשב קוואן - נכשל.

זה גם אומר שזמני קוהרנטיות (כמה זמן הקיוביטים יכולים להישאר בסופרפוזיציה כדי שיוכלו לעבד חישובים במקביל) נשארים קצרים. לעומת זאת, כלאחד למיליארד מיליארד ביטים נכשל במחשבים רגילים.

שיעור השגיאות הגבוה הזה הוא אחד המחסומים העיקריים להגדלת המכונות הללו כך שהן מספיק טובות לביצועים טובים בהרבה ממחשבי העל המהירים ביותר. זו הסיבה שהמחקר התרכז בבניית מחשבים קוונטיים עם קיוביטים טובים יותר ופחות מועדים לשגיאות - לא רק יותר.

גוגל אומרת שזה חדש, שזכה לכינוי "ערבה", הוא הראשון בעולם שהשיג תוצאות "מתחת לסף" - אבן דרך שהתווה מדען מחשביםפיטר שורבנייר משנת 1995. הצוות תיאר את הטכנולוגיה במחקר שפורסם ב-9 בדצמבר בכתב העתטֶבַע.

פיצוח בעיה שהוגדרה לפני עשרות שנים

פריצת הדרך - השגת אבן דרך זו "מתחת לסף" - פירושה ששגיאות במחשב קוונטי יצטמצמו באופן אקספוננציאלי ככל שתוסיף יותר פיזיות. הוא מתווה נתיב להגדלת מכונות קוונטיות בעתיד.

הטכנולוגיה מסתמכת על קיוביטים לוגיים. זהו קיוביט המקודד באמצעות אוסף של קיוביטים פיזיים בתצורת סריג. כל הקיוביטים הפיזיים בקיוביטים לוגיים בודדים חולקים את אותם נתונים, כלומר אם קיוביטים כלשהם נכשלים, החישובים ממשיכים כי עדיין ניתן למצוא את המידע בתוך הקיוביט הלוגי.

מדעני גוגל בנו קיוביטים אמינים מספיק להפחתת שגיאות אקספוננציאלית על ידי ביצוע מספר שינויים. הם שיפרו פרוטוקולי כיול, שיפרו טכניקות למידת מכונה לזיהוי שגיאות ושפרו את שיטות ייצור המכשיר. והכי חשוב, הם שיפרו את זמני הקוהרנטיות תוך שמירה על היכולת לכוון קיוביטים פיזיים כדי לקבל את הביצועים הטובים ביותר.

קָשׁוּר:

"מה שהצלחנו לעשות בתיקון שגיאות קוונטי הוא אבן דרך חשובה באמת - עבור הקהילה המדעית ועבור עתיד המחשוב הקוונטי - שהיא [להראות] שאנו יכולים ליצור מערכת שפועלת מתחת לתיקון השגיאות הקוונטי. סַף,"ג'וליאן קלי, אמר מנהל החומרה הקוונטית של Google Quantum AI, ל-Live Science.

משימה מאתגרת זו דורשת הסרה של יותר שגיאות ממערכת ממה שהוצגו. מתחת לסף הזה, מדענים יכולים להגדיל מחשב קוונטי להיות גדול יותר ויותר, והשגיאות ימשיכו לרדת, הסביר קלי.

"זה היה אתגר יוצא דופן במשך 30 שנה - מאז שהרעיון של תיקון שגיאות קוונטי הוגה באמצע שנות ה-90", אמר קלי.

תוצאות מדהימות עבור מחשוב קוונטי

החוקרים של גוגל בדקו את ווילו מול מדד דגימת המעגל האקראי (RCS), שהוא כעת מדד סטנדרטי להערכת שבבי מחשוב קוונטי. בבדיקות אלו, ווילו ביצעה חישוב בפחות מחמש דקות שהיה לוקח10 ספטיליון שנים. זה קרוב פי קוודריליון יותר מגיל היקום.

המהדורה הראשונה של ה-Willow QPU יכולה גם להשיג זמן קוהרנטיות של כמעט 100 מיקרו-שניות - שהוא פי חמישה טוב יותר מהתצוגה משבב השקמה הקודם של גוגל.

גוגל הכריזה על כך לראשונה, כאשר מדענים השתמשו בשבב כדי לפתור בעיה שלמחשב-על קלאסי היה לוקח 10,000 שנים לחשב אותה. בחודש יולי, מחשב קוונטי חדש שנבנה על ידי Quantinuum.

ואז, באוקטובר, גוגל שוב הודיעה שכןכאשר משתמשים בשקמה לעיבוד חישובים, כלומר, ה-QPUs הטובים ביותר כיום יכולים להתעלות על מחשבי העל המהירים ביותר ביישומים מעשיים בפעם הראשונה.

"זמני הקוהרנטיות כעת גבוהים בהרבה ממה שהיו פעם, ומיד אנו מתרגמים למעשה להורדה של כל שיעורי השגיאות של הפעולה הפיזית בערך בפקטור של שניים", אמר קלי.

"אז כל הקיוביטים הבסיסיים פשוט השתפרו בכל מה שהם עושים בערך בפקטור של שניים. אם מסתכלים על שיעור השגיאות ההגיוני בין המעבד החדש הזה לשקמה, יש הבדל של בערך פקטור של 20 - וזה נובע מהגדלה אבל גם דוחף מתחת לסף."

מבט מעבר ל"מתחת לסף"

מדעני גוגל שואפים כעת להדגיםעבור השבבים הקוונטיים של היום, במקום להסתמך על השוואות.

בעבר, הצוות ביצע סימולציות של מערכות קוונטיות שהובילו לתגליות מדעיות ולפריצות דרך, אמר קלי ל- Live Science.

דוגמה אחת כוללת גילוי סטיות מחוקי הפיזיקה המשוערים. אבל תוצאות אלה עדיין היו בהישג ידם של המחשבים הקלאסיים החזקים ביותר.

בשלב הבא, הצוות רוצה ליצור "קיוביט לוגי מאוד מאוד טוב" עם שיעור שגיאות של אחד למיליון. כדי לבנות את זה, הם יצטרכו לתפור יחד 1,457 קיוביטים פיזיים, הם אמרו.

התחום הזה מאתגר מכיוון שאי אפשר להגיע לשם באמצעות חומרה פיזית בלבד - תזדקק לטכנולוגיית תיקון שגיאות בשכבות למעלה. לאחר מכן, המדענים רוצים לחבר קיוביטים לוגיים יחד כדי לבצע ביצועים טובים יותר ממחשבי-על בהשוואה כמו גם בתרחישים בעולם האמיתי.