Das Quantum-KI-Labor von Google hat kürzlich einen großen Durchbruch erzielt und mit Willow einen neuen Quantencomputer-Chip auf den Markt gebracht. Der Chip hat erhebliche Verbesserungen bei der Quantenfehlerkorrektur und der Rechenleistung erzielt und stellt damit einen großen Fortschritt im praktischen Quantencomputing dar. Willow erreichte zum ersten Mal eine Quantenfehlerkorrektur „unter dem Schwellenwert“ und löste damit ein Kernproblem, das das Fachgebiet seit fast 30 Jahren plagt, und erreichte durch die Erweiterung des Maßstabs des Qubit-Arrays einen exponentiellen Rückgang der Fehlerraten. Dies liefert starke Beweise für den Bau praktischer Quantencomputer im großen Maßstab und weist auch darauf hin, dass die Ära des Quantencomputings naht.
Das Google Quantum AI Laboratory hat kürzlich die Einführung seines neuesten Quantencomputerchips Willow angekündigt, der in zwei Schlüsselbereichen der Quantenfehlerkorrektur und der Rechenleistung große Durchbrüche erzielt und damit einen wichtigen Schritt in Richtung praktischer Quantencomputer gemacht hat.
Willows wichtigster Durchbruch ist die erste Realisierung einer Quantenfehlerkorrektur „unterhalb des Schwellenwerts“ und löst damit eine zentrale Herausforderung, die das Gebiet des Quantencomputings seit fast 30 Jahren beschäftigt. Das Forscherteam zeigte in einem im Nature-Magazin veröffentlichten Artikel, dass durch die Verwendung von mehr Qubits die Fehlerrate des Systems exponentiell sank.
In konkreten Experimenten testeten die Forscher jeweils 3×3-, 5×5- und 7×7-Qubit-Arrays. Mit zunehmender Array-Größe reduziert sich die Fehlerrate jedes Mal um die Hälfte. Diese Errungenschaft markiert die Geburt des ersten wirklich skalierbaren logischen Qubit-Prototypsystems und liefert starke Beweise für den Bau praktischer Quantencomputer im großen Maßstab.
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Erstaunliche RechenleistungIm Random Circuit Sampling (RCS)-Benchmark zeigte Willow erstaunliche Leistungsvorteile. Eine Berechnung wurde in weniger als 5 Minuten abgeschlossen, während die schnellsten Supercomputer von heute 10 Billiarden Jahre (10 hoch 25 Jahre) benötigen würden, um dieselbe Berechnung durchzuführen, was weitaus länger ist als das Alter des Universums.
Der Willow-Chip wird in Googles spezieller Quantenchip-Produktionsanlage in Santa Barbara hergestellt und verfügt über 105 Qubits. Der Chip hat bei vielen Schlüsselindikatoren das branchenweit beste Niveau erreicht. Unter anderem liegt die T1-Zeit des Qubits (die Zeit, die zum Aufrechterhalten des Quantenzustands benötigt wird) bei nahezu 100 Mikrosekunden, was etwa fünfmal höher ist als beim Produkt der vorherigen Generation .
Der nächste Schritt in Richtung PraktikabilitätDer Gründer des Google Quantum AI Lab sagte, das nächste Ziel des Teams sei es, die erste „nützliche praktische Anwendungsberechnung zu erreichen, die über klassische Computer hinausgeht“. Sie glauben, dass Willows Chip-Generation dazu beitragen soll, dieses Ziel zu erreichen. Mögliche Anwendungsbereiche sind:
Entdeckung neuer Medikamente
Optimiertes Design von Elektrofahrzeugbatterien
Kernfusionsforschung
Neue Energieentwicklung
Um die Entwicklung des Quantencomputings voranzutreiben, hat Google außerdem Open-Source-Software und Bildungsressourcen auf den Markt gebracht, darunter neue Kurse auf der Coursera-Plattform, um Entwicklern dabei zu helfen, die Grundlagen der Quantenfehlerkorrektur zu erlernen und gemeinsam zukünftige Anwendungsszenarien des Quantencomputings zu erkunden.
Diese bahnbrechende Leistung zeigt das enorme Potenzial des Quantencomputings bei der Lösung komplexer Probleme und bietet auch neue Möglichkeiten für die zukünftige Entwicklung der künstlichen Intelligenz und anderer Bereiche. Google sagte, Quantencomputing werde zu einem unverzichtbaren Werkzeug für das Sammeln von Trainingsdaten, die mit herkömmlichen Computern nicht erfasst werden können, für die Optimierung spezifischer Lernarchitekturen und für die Simulation von Quanteneffektsystemen.
Der Erfolg des Willow-Chips von Google zeigt nicht nur, dass die Quantencomputertechnologie vor dem Eintritt in eine neue Entwicklungsstufe steht, sondern zeigt auch ihr enormes Potenzial bei der Lösung globaler Herausforderungen. In Zukunft wird Quantencomputing in vielen Bereichen wie der Arzneimittelforschung und -entwicklung, der Materialwissenschaft und der künstlichen Intelligenz eine immer wichtigere Rolle spielen.