• Šta je urađeno: Google AI je usavršio svoj kvantni kompjuter da može ispravljati greške.
  • Kvantni kompjuteri su novi tip kompjutera koji se zasnivaju na nekim fenomenima fizike i mogli bi brže vršiti radnje.
  • Zašto je to važno: ovo je demonstracija da su kvantni kompjuteri mogući, možda čak u roku od desetak godina.

O kvantnim kompjuterima se već dugo priča, ali tehnologija je još u razvoju i na nivou eksperimenta. Kvantni kompjuteri se razvijaju preko 30 godina. U tom poduhvatu, svako sa svoje strane i sa svojim kvantnim kompjuterima, učestvuju IBM (razvili čip Condor), Google AI, Intel, Microsoft, Nvidia, pa čak i kineski Alibaba i Baidu. Ulozi su ogromni, čak veći nego za AI.

Sada je Google AI napravio jedan značajan pomak. Istraživači iz Google Quantum AI tima ostvarili su značajan napredak u razvoju kvantnih računara, objavljeno je u časopisu Nature 9. decembra 2024. Koristeći mrežu od više kvantnih bitova (kjubita) za stvaranje jednog “logičkog” kjubita, uspjeli su produžiti njegovu stabilnost izvan trajanja pojedinačnih fizičkih kjubita. Ovo je prvi put da je ovakva metoda dokazano efikasna, što predstavlja prekretnicu u smjeru stvaranja velikih kvantnih računara. Trenutni kvantni kompjuteri su isuviše mali i skloni greškama, dok je Googleov eksperiment korigovao greške.

Logički kjubit je stabilan kvantni bit stvoren kombinovanjem više fizičkih kjubita putem kvantnih algoritama za korekciju grešaka. Cilj je očuvati informacije duže nego što bi pojedinačni fizički kjubiti mogli zbog svoje osjetljivosti na greške i šumove iz okoline.

Willow

Google kaže da je njegova nova jedinica za kvantnu obradu (QPU), nazvana „Willow”, prva na svijetu koja je postigla  prekretnicu koju je iznio računalni naučnik Peter Shor u radu iz 1995. godine. Novi „Willow” kvantni procesor opremljen je sa 105 fizičkih kjubita u kombinaciji s tehnologijama za ispravljanje pogrešaka što znači da što više kjubita dodate, kvantna računala mogu biti pouzdanija biti.
Proboj — postizanje ove prekretnice  znači da će se pogreške u kvantnom računalu eksponencijalno smanjiti kako budete dodavali više fizičkih kubita.

Peter Shor je 1995. godine, u radu pod nazivom “Scheme for Reducing Decoherence in Quantum Computer Memory,” uveo koncept praga za kvantnu korekciju grešaka (quantum error correction threshold). Ovo je ključan koncept u razvoju kvantnih računala jer se bavi problemom grešaka koje nastaju usled dekoherencije i drugih šumova u kvantnim sistemima.

Šta je prag za korekciju grešaka?

Prag za korekciju grešaka označava kritičnu stopu grešaka kvantnih operacija  ispod koje se kvantni kompjuter može efikasno skalirati uz upotrebu tehnika kvantne korekcije grešaka. Ako stopa grešaka u fizičkim qubitima (fizičkim kvantnim bitovima) ostane ispod ovog praga, tada je moguće izgraditi fault-tolerant (otporan na greške) kvantni računar, koji može tačno obavljati kvantne izračune uprkos prisutnosti grešaka.

„Ovo postignuće znači da bi kvantni računari do kraja decenije mogli omogućiti naučna otkrića koja su nemoguća čak i uz najmoćnije zamislive superračunare“, rekla je Charina Chou, operativna direktorica Googleovog odjela za kvantno računarstvo.

Kvantni kompjuter radi koristeći kvantne bitove (kjubite), koji se zasnivaju na principima kvantne mehanike, posebno superpoziciji i kvantnoj prepletenosti (entanglement). Superpozicija omogućava kjubitima da istovremeno budu u stanju 0 i 1, dok sprezanje povezuje stanje više kjubita tako da promjena jednog odmah utiče na druge. Normalni bitovi u današnjim računarima mogu sadržavati samo informaciju ili 1 ili 0.

Kvantni bitovi, ili „kjubiti“, ponašaju se vrlo drugačije od običnih bitova. Jedan objekt može se ponašati kao dva odvojena objekta istovremeno kada je izuzetno malen ili izuzetno hladan. Iskorištavanjem tog ponašanja, naučnici mogu stvoriti kjubit koji istovremeno sadrži kombinaciju 1 i 0. To znači da dva kjubita mogu sadržavati četiri vrijednosti istovremeno. Kako broj kjubita raste, kvantni računar postaje eksponencijalno moćniji.

Google je već 2019. objavio da su postigli „kvantnu supremaciju“, odnosno prikazali da njihovi kvantni računari mogu biti programabilni.

Trenutni kvantni računari ne mogu ostvariti  moć superbrzog i tačnog računanja, procesiranja podataka,  jer kjubiti ne mogu dovoljno dugo zadržati svoju osjetljivu superpoziciju. Googleov novi čip sa 107 kjubita omogućio je značajno smanjenje stope grešaka kako se mreža kjubita širila, od 9 do 49 kjubita. Najveći „logički” kjubit sada traje 291 mikrosekundu, što je 2,4 puta duže od trajanja pojedinačnih fizičkih kjubita.

Googleov sljedeći cilj je testiranje interakcije između više logičkih kjubita, što je korak prema stvaranju potpuno funkcionalnog kvantnog računara s milion kjubita.

Reference:

  1. Google Quantum AI and Collaborators. Quantum error correction below the surface code threshold. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y