IBM akan membangun komputer kuantum monster 10.000-qubit pada tahun 2029 setelah 'memecahkan sains' di balik toleransi kesalahan-hambatan terbesar untuk meningkatkan skala
Ilmuwan IBM mengatakan mereka telah memecahkan hambatan terbesar Komputasi kuantum dan berencana untuk meluncurkan mesin skala besar pertama di dunia pada tahun 2029.
Penelitian baru ini menunjukkan teknik koreksi kesalahan baru yang menurut para ilmuwan akan mengarah pada sistem 20.000 kali lebih kuat daripada komputer kuantum mana pun yang ada saat ini.
Dalam dua studi baru yang diunggah 2 Juni Dan 3 Juni Ke Preprint Arxiv Server, para peneliti mengungkapkan mitigasi kesalahan baru dan teknik koreksi yang cukup menangani kesalahan ini dan memungkinkan penskalaan perangkat keras sembilan kali lebih efisien daripada yang mungkin terjadi sebelumnya.
Sistem baru, yang disebut “Starling,” akan menggunakan 200 qubit logis – terdiri dari sekitar 10.000 qubit fisik. Ini akan diikuti oleh mesin yang disebut “Blue Jay,” yang akan menggunakan 2.000 qubit logis, pada tahun 2033.
Penelitian baru, yang belum ditinjau oleh peer-review, menjelaskan kode pemeriksaan paritas rendah kuantum (LDPC) IBM-a Paradigma toleransi kesalahan baru yang menurut para peneliti akan memungkinkan perangkat keras komputer kuantum untuk skala di luar batasan sebelumnya.
“Sains telah diselesaikan” untuk komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan, Jay GambetWakil Presiden Operasi Quantum IBM, mengatakan kepada Live Science. Ini berarti bahwa meningkatkan komputer kuantum sekarang hanya tantangan rekayasa, daripada rintangan ilmiah, tambah Gambetta.
Sementara komputer kuantum ada saat ini, mereka hanya mampu melampaui sistem komputer klasik (mereka yang menggunakan perhitungan biner) pada masalah dipesan lebih dahulu yang hanya dirancang untuk menguji potensi mereka.
Salah satu rintangan terbesar Supremasi kuantumatau keunggulan kuantum, telah menskalakan unit pemrosesan kuantum (QPU).
Ketika para ilmuwan menambahkan lebih banyak qubit ke prosesor, kesalahan dalam perhitungan yang dilakukan oleh QPU bertambah. Ini karena qubit secara inheren “berisik” dan kesalahan terjadi lebih sering daripada dalam bit klasik. Untuk alasan ini, penelitian di lapangan sebagian besar berpusat Koreksi kesalahan kuantum (QEC).
Jalan menuju toleransi kesalahan
Koreksi kesalahan adalah Tantangan dasar untuk semua sistem komputasi. Di komputer klasik, bit biner secara tidak sengaja dapat beralih dari yang satu ke nol dan sebaliknya. Kesalahan ini dapat menambah dan membuat perhitungan tidak lengkap atau menyebabkannya gagal sepenuhnya.
Qubit yang digunakan untuk melakukan perhitungan kuantum jauh lebih rentan terhadap kesalahan daripada rekan -rekan klasiknya karena kompleksitas tambahan mekanika kuantum. Tidak seperti bit biner, qubit membawa “informasi fase” tambahan.
Meskipun ini memungkinkan mereka untuk melakukan perhitungan menggunakan informasi kuantum, itu juga membuat tugas koreksi kesalahan jauh lebih sulit.
Sampai sekarang, para ilmuwan tidak yakin bagaimana skala komputer kuantum dari beberapa ratus qubit yang digunakan oleh model saat ini hingga ratusan juta yang mereka butuhkan secara teoritis untuk membuatnya berguna secara umum.
Tetapi pengembangan LDPC dan penerapannya yang berhasil di seluruh sistem yang ada adalah katalis untuk perubahan, kata Gambetta.
Kode LDPC menggunakan satu set cek untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan. Ini menghasilkan qubit individu yang terlibat dalam cek yang lebih sedikit dan setiap cek yang melibatkan lebih sedikit qubit dari paradigma sebelumnya.
Keuntungan utama dari pendekatan ini adalah “laju pengkodean” yang ditingkatkan secara signifikan, yang merupakan rasio qubit logis terhadap qubit fisik yang diperlukan untuk melindunginya. Dengan menggunakan kode LDPC, IBM bertujuan untuk secara dramatis mengurangi jumlah qubit fisik yang diperlukan untuk meningkatkan sistem.
Metode baru sekitar 90% lebih cepat dalam melakukan mitigasi kesalahan daripada semua teknik sebelumnya, berdasarkan IBM riset. IBM akan memasukkan teknologi ini ke dalam arsitektur Loon QPU -nya, yang merupakan penerus dari Arsitektur Bangau digunakan oleh komputer kuantum saat ini.
Bergerak dari mitigasi kesalahan ke koreksi kesalahan
Starling diharapkan mampu 100 juta operasi kuantum menggunakan 200 qubit logis. Perwakilan IBM mengatakan ini kira -kira setara dengan 10.000 qubit fisik. Blue Jay secara teoritis akan mampu 1 miliar operasi kuantum menggunakan 2.000 qubit logisnya.
Model saat ini memiliki sekitar 5.000 gerbang (analog dengan 5.000 operasi kuantum) menggunakan 156 qubit logis. Lompatan dari 5.000 operasi menjadi 100 juta hanya akan dimungkinkan melalui teknologi seperti LDPC, kata perwakilan IBM dalam sebuah pernyataan. Teknologi lain, termasuk itu digunakan oleh perusahaan seperti googletidak akan skala ke ukuran yang lebih besar yang diperlukan untuk mencapai toleransi kesalahan, tambah mereka.
Untuk mengambil keuntungan penuh dari Starling pada tahun 2029 dan Blue Jay pada tahun 2033, IBM membutuhkan algoritma dan program yang dibangun untuk komputer kuantum, kata Gambetta. Untuk membantu para peneliti mempersiapkan sistem masa depan, IBM baru -baru ini diluncurkan Qiski 2.0Kit pengembangan sumber terbuka untuk menjalankan sirkuit kuantum menggunakan perangkat keras IBM.
“Tujuannya adalah untuk beralih dari mitigasi kesalahan ke koreksi kesalahan,” Blake Johnson, Pemimpin mesin kuantum IBM, mengatakan kepada Live Science, menambahkan bahwa “Komputasi kuantum telah berkembang dari bidang di mana para peneliti menjelajahi taman bermain perangkat keras kuantum ke tempat di mana kami memiliki alat komputasi kuantum skala utilitas ini yang tersedia.”
