'A pertama dalam fisika terapan': Terobosan komputer kuantum dapat mengkonsumsi daya 2.000 kali lebih sedikit daripada superkomputer dan menyelesaikan masalah 200 kali lebih cepat
Komputer kuantum mampu mengungguli Superkomputer tercepat saat ini Mungkin tidak perlu sebesar atau haus kekuasaan seperti yang kami kira, para peneliti di startup Kanada Nord Quantique mengatakan.
Perusahaan telah membangun a Berapa banyak bit (qubit) Dengan koreksi kesalahan bawaan, menghilangkan kebutuhan akan kelompok besar qubit fisik yang biasanya diperlukan untuk toleran kesalahan Komputasi kuantum.
Nord Quantique berencana untuk mengukur desain ini ke dalam mesin 1.000-logis-qubit pada tahun 2031. Sistem ini akan cukup kompak agar muat di dalam pusat data dan membutuhkan energi yang jauh lebih sedikit daripada platform saat ini, kata para peneliti.
Pengumuman mengikuti tonggak 2024 di mana perusahaan menunjukkan Prototipe yang berfungsi dari “Bosonic Qubit” -nya – Perangkat yang mengintegrasikan koreksi kesalahan kuantum langsung ke dalam perangkat kerasnya. Di sebuah penyataanPerwakilan Nord Quantique menggambarkan arsitektur baru sebagai “yang pertama dalam fisika terapan” dan rute praktis menuju mesin kuantum tingkat utilitas yang dapat diskalakan. Terobosan membahas tantangan lama dalam komputasi kuantum: mempertahankan integritas informasi kuantum dari waktu ke waktu.
Bit kuantum sangat sensitif terhadap panas, getaran dan gangguan elektromagnetik – bahkan saat didinginkan dekat nol absolut (–460 ° F, atau –273 ° C). Sebagian besar platform kuantum membahas hal ini menggunakan Koreksi kesalahan kuantumyang menggabungkan banyak qubit fisik untuk membentuk satuan logis tunggal yang mampu menyerap dan memperbaiki kesalahan melalui redundansi, sehingga kegagalan tunggal tidak menggosok seluruh perhitungan.
Terkait: Komputer kuantum ada di sini – tetapi mengapa kita membutuhkannya dan untuk apa mereka digunakan?
Namun, menciptakan satu qubit logis tunggal secara tradisional membutuhkan lusinan atau bahkan ratusan qubit fisik, secara signifikan meningkatkan ukuran, kompleksitas, dan biaya energi komputer kuantum. Sistem Nord Quantique menghindari ini dengan menggunakan satu komponen fisik untuk melakukan peran qubit logis.
Komputasi kuantum dalam mode aman
Inti dari desain adalah rongga aluminium superkonduktor yang dikenal sebagai resonator bosonik, didinginkan hingga mendekati nol absolut. Rongga ini mengandung partikel cahaya (foton) bahwa menyimpan informasi kuantum dalam pola elektromagnetik spesifik yang terbentuk di dalam resonator. Pola -pola ini, yang dikenal sebagai “mode,” masing -masing mewakili cara yang berbeda bidang beresonansi di dalam rongga, memungkinkan keadaan kuantum yang sama dikodekan secara paralel.
Dengan mendistribusikan informasi di berbagai mode dalam struktur fisik yang sama, qubit dapat mengidentifikasi dan memperbaiki jenis gangguan tertentu. Jika satu mode terganggu, yang lain memberikan konteks yang cukup untuk mengembalikan keadaan yang benar. Metode ini, yang dikenal sebagai pengkodean multimode, memberikan setiap toleransi kesalahan internal qubit, mengurangi kebutuhan koreksi kesalahan eksternal dan memungkinkan rasio 1: 1 antara qubit fisik dan logis.
Para peneliti memperkirakan bahwa mesin 1.000-logis-ubit yang dibangun di atas arsitektur ini hanya akan menempati 215 kaki persegi (20 meter persegi) dan hanya mengkonsumsi sebagian kecil dari energi yang digunakan oleh sistem kinerja tinggi saat ini.
Mereka juga menghitung bahwa komputer kuantum yang dibangun menggunakan arsitektur mereka dapat memecahkan kunci enkripsi RSA 830-bit dalam satu jam, mengonsumsi hanya 120 kilowatt-jam energi. Sebagai perbandingan, superkomputer akan membutuhkan sembilan hari dan 280.000 kilowatt-jam untuk menyelesaikan masalah yang sama, kata mereka.
“Jumlah qubit fisik yang didedikasikan untuk koreksi kesalahan kuantum selalu menghadirkan tantangan besar bagi industri kami,” Julien Camirand LemyreKepala Eksekutif di Nord Quantique, mengatakan dalam a penyataan. “Pengkodean multimode memungkinkan kita membangun komputer kuantum dengan kemampuan koreksi kesalahan yang sangat baik, tetapi tanpa hambatan semua qubit fisik itu.”
Untuk membuat sistem lebih toleran terhadap kesalahan, para peneliti menggunakan “kode bosonik” yang disebut kode Tesseract. Ini membantu menjaga terhadap kesalahan kuantum umum seperti bit flips, fase flips, kesalahan kontrol dan kebocoran, di mana qubit menyelinap ke keadaan yang bukan bagian dari sistem yang digunakan untuk menyimpan dan memproses informasi. Kebocoran sulit untuk dikoreksi karena sebagian besar teknik koreksi kesalahan hanya berfungsi di dalam set status kuantum yang diharapkan dan tidak dapat melihat ketika sesuatu berada di luarnya.
Untuk menguji keandalan sistem, para peneliti menjalankan putaran koreksi kesalahan yang berulang dan menyaring hasil di mana qubit tidak berperilaku sebagaimana dimaksud.
Sekitar 12,6% run disaring, kata mereka. Dalam data yang tersisa, qubit memegang statistiknya melalui 32 putaran koreksi kesalahan tanpa peluruhan yang terukur, menunjukkan bahwa pengkodean multimode dapat mempertahankan informasi kuantum yang andal dalam kondisi stabil.
Nord Quantique berencana untuk merilis mesin 100-logis-qubit pada tahun 2029, dengan sistem 1.000-qubit penuh yang dijadwalkan untuk tahun 2031. “Di luar ukurannya yang lebih kecil dan lebih praktis, mesin kami juga akan mengkonsumsi sebagian kecil dari energi,” kata Camirand Lemyre. “Itu membuat mereka sangat menarik [high-performance computing] Pusat HPC di mana biaya energi menjadi perhatian utama. “
