Недавно компания Google объявила, что совершила прорыв в области квантовых вычислений. Ее новый квантовый чип искусственного интеллекта Willow решил за 5 минут уравнение, на решение которого традиционному компьютеру понадобился бы год. Это достижение вызвало широкое внимание в мировом научно-технологическом сообществе, а также стимулировало бурные дискуссии о квантовых вычислениях и их связи с теорией параллельных вселенных. В этой статье будут рассмотрены технические детали чипа Willow, значение его прорыва в производительности, а также споры и похвалы, окружающие его результаты.
Недавно компания Google объявила о том, что совершила крупный прорыв в области квантовых вычислений, который привлек большое внимание мирового технологического сообщества. Их последний квантовый чип искусственного интеллекта решил уравнение, которое потребовало бы, чтобы обычный компьютер работал непрерывно в течение триллиона триллионов лет (один год) всего за 5 минут. Эта поразительная разница в скорости способна шокировать любого.
Узкие места и прорывы в квантовых вычислениях
Хотя квантовые вычисления звучат современно и круто, они уже давно сталкиваются с проблемами нестабильности. Крошечные частицы не подчиняются правилам повседневных объектов, и даже самые совершенные чипы могут выйти из строя из-за небольших нарушений их хрупкого состояния. Исследователи пытались использовать эту неустойчивую природу на протяжении десятилетий, но им мешал тот факт, что ошибки накапливаются слишком быстро и их трудно исправить.
Технология квантовой коррекции ошибок предлагает возможное решение, но имеет свои сложности. Это требует распределения информации между несколькими кубитами, основными единицами квантовых данных, что просто в теории, но на практике превращается в сложную задачу. Если задействовано слишком много кубитов, становится трудно поддерживать частоту ошибок ниже определенного критического порога.
До недавнего времени никому не удавалось продемонстрировать, что уровень ошибок можно снизить ниже критической точки для кода, разработанного специально для масштабирования. Новая архитектура квантовых чипов Google меняет ситуацию.
Потрясающая производительность чипов «Ива»
Ученый в области квантовых исследований Хартмут Невен, основатель лаборатории квантового искусственного интеллекта Google, назвал производительность чипа Willow «поразительной». Результаты высокоскоростных вычислений «подтверждают идею о том, что квантовые вычисления происходят во многих параллельных вселенных», добавил он. В статье также упоминается физик из Оксфордского университета Дэвид Дойч, который предположил, что успешное развитие квантовых компьютеров может поддержать «многомировую интерпретацию» квантовой механики и существование мультивселенной.
Дойч был пионером в области квантовых вычислений с 1970-х годов. Целью его исследований в области квантовых вычислений является проверка его теории мультивселенной.
Идея параллельных вселенных
Параллельные вселенные, также известные как альтернативные вселенные или множественные вселенные, подразумевают возможность существования других реальностей наряду с нашей. Представьте, что наша Вселенная — это всего лишь один пузырь в огромном космическом пузыре, причем каждый пузырь — это отдельная вселенная со своими уникальными законами физики, истории и даже разными версиями нас самих.
Ученые исследуют эту концепцию с помощью таких теорий, как мультивселенная, которые предполагают, что может существовать бесчисленное множество других вселенных, каждая со своим собственным набором возможностей. Хотя нам еще предстоит найти осязаемые доказательства существования параллельных вселенных, эта идея вызывает интересные дискуссии о природе реальности и о том, что находится за пределами того, что мы сейчас видим и понимаем.
Споры и похвалы сосуществуют
Однако астрофизик, ставший автором, Итан Сигел не согласен с Google. Он обвинил Google в «путанице несвязанных понятий, и Невин должен был это знать».
Сигел объяснил, что Невин перепутал математическое пространство, в котором возникает квантовая механика, с концепциями параллельных вселенных и мультивселенных. По словам Сигела, даже если квантовые компьютеры добьются успеха, они не смогут доказать существование параллельных вселенных.
Несмотря на разногласия, Сигел похвалил достижение Google с чипом Willow, назвав его «поистине выдающимся достижением в области квантовых вычислений». Он считает, что этот прорыв может помочь решить некоторые из крупнейших проблем Земли, такие как открытие новых лекарств, разработка более совершенных аккумуляторов для электромобилей, а также развитие термоядерного синтеза и новых источников энергии.
Невин поддержал тот же оптимизм, заявив: «Многие из этих будущих приложений, меняющих правила игры, невозможно реализовать на обычных компьютерах; они ждут, чтобы их разблокировали с помощью квантовых вычислений».
Технологический прорыв в чипе «Ива»
Чип Willow — это новейший сверхпроводящий процессор, разработанный командой Google по квантовому искусственному интеллекту. В отличие от старых устройств, которые изо всех сил пытались контролировать ошибки, Willow выводит производительность на новый уровень, поддерживая технологию, разработанную для того, чтобы квантовая коррекция ошибок действительно оправдала возложенные на нее надежды.
Эта система удовлетворяет условиям особого подхода, известного как «поверхностное кодирование». Прошлые попытки натолкнулись на препятствие в добавлении большего количества кубитов, но Уиллоу преодолевает этот барьер.
Кодовое расстояние и квантовая коррекция ошибок
Системы квантовой коррекции ошибок часто называют так называемым «кодовым расстоянием». Проще говоря, это количество кубитов, используемых для защиты блока квантовых данных. Если соблюдены определенные условия, большие расстояния (например, увеличение кодового расстояния с 3 до 5 или 7) должны снизить общую вероятность отказа.
На новых устройствах частота логических ошибок уменьшается вдвое с каждым дополнительным уровнем расстояния. Подобные улучшения уже давно являются основной целью исследователей квантовых вычислений.
Согласно опубликованным результатам, квантовый ученый Хартмут Невин, основатель лаборатории квантового искусственного интеллекта Google, сказал: «Уиллоу завершила стандартный расчет за пять минут, это один из самых быстрых суперкомпьютеров на сегодняшний день. На это уйдет 10 лет».
Длительная производительность и коррекция ошибок в реальном времени
Проведение теста всего за несколько циклов может не раскрыть полную картину стабильности системы. Новый квантовый чип Google решает эту проблему, увеличивая производительность до миллиона циклов. Устройство сохраняет свою нижепороговую производительность в течение времени, которое обычно заставляет другие системы задыхаться. Поддержание точности декодирования в реальном времени в течение такого длительного периода времени — непростая задача.
Команда разработчиков Willow организовала свою работу так, чтобы исправления можно было вносить мгновенно. Этот метод гарантирует, что чип не сойдет с рельсов.
«Мы рассматриваем Willow как важный шаг на нашем пути к созданию полезных квантовых компьютеров», — сказал генеральный директор Google Сундар Пичаи.
За пределами традиционных узких мест
Традиционные суперкомпьютеры используют миллиарды крошечных переключателей, которые работают понятным образом и справляются со сложными задачами. Напротив, квантовые компьютеры используют явления, которые невозможно свести к классическим методам. До сих пор проблема заключалась в том, как сохранить хрупкие квантовые состояния живыми достаточно долго для выполнения значимых вычислений.
С помощью Willow команда показала, что кубиты могут работать вместе таким образом, что ошибки не выходят из-под контроля. Демонстрация показывает, что квантовые чипы могут продвинуться в направлении вычислений, превосходящих возможности обычных систем.
Будущее квантовых вычислений
Цель Google — использовать оборудование, способное пройти эти строгие тесты на надежность, чтобы доказать, что квантовые вычисления не навсегда останутся игрушечной проблемой.
Увеличение расстояния кода без потери возможностей исправления ошибок предполагает, что большое количество кубитов однажды может стать основой для алгоритмов, соответствующих реальным задачам, таким как ускорение сложных симуляций, улучшение процессов разработки лекарств и исследование методов хранения энергии.
Успех Уиллоу в достижении подпорогового уровня ошибок в течение длительных периодов времени может стимулировать усилия отраслей, которые ждали убедительных доказательств того, что квантовое оборудование превратится в надежный инструмент.
Хотя исправление ошибок становится обычным делом, цель квантового исправления ошибок никогда не состоит в том, чтобы полностью устранить ошибки, а в том, чтобы сделать ошибки настолько редкими, чтобы машина могла выполнять вычисления до конца.
Если будущие проекты будут основываться на функциях стабильности и масштабируемости Willow, возможно, однажды это исправление произойдет в фоновом режиме, незаметно для пользователей. Достижение такого уровня отказоустойчивости может позволить квантовым компьютерам справляться с рабочими нагрузками, выходящими далеко за пределы возможностей классического оборудования. Это открывает практические способы масштабирования этих невероятных машин.
Глобальное сотрудничество стимулирует квантовую коррекцию ошибок
Усилия Google Quantum AI и других глобальных групп не изолированы. Область квантовой коррекции ошибок привлекла внимание многих исследователей, работающих над поиском путей к созданию практических устройств.
Исследования, проведенные за последнее десятилетие, показали важность определенных решетчатых конструкций и логических кубитов, расположенных в тщательно продуманной компоновке. Теперь Уиллоу показывает, что при правильной архитектуре чипа и схеме исправления ошибок порог можно преодолеть.
Это приближает всю область к созданию машин, способных решать полезные проблемы. Хотя путешествие еще не окончено, важная часть головоломки уже готова.
Успех чипа Willow от Google знаменует собой важную веху в области квантовых вычислений. Хотя компания по-прежнему сталкивается с проблемами, ее достижения в области исправления ошибок и масштабируемости открывают путь для практического применения квантовых компьютеров в будущем и вселяют надежду на решение многих глобальных проблем. Эта технология, несомненно, окажет глубокое влияние на будущее технологическое развитие.