Primul computer cuantic comercial, tolerant la erori, se lansează în 2024

Primul computer cuantic comercial, tolerant la erori, din lume are 256 de qubiți fizici și 10 qubiți logici, și se va lansa la sfârșitul anului 2024. Informația apare într-un articol publicat de QuEra, startup-ul care îl construiește.

Anunțul urmează unui studiu, publicat pe 6 decembrie 2023, în revista Nature, în care cercetătorii de la QuEra și de la mai multe alte instituții au prezentat un computer cuantic funcțional care este capabil să efectueze operațiuni cuantice pe un set de 48 de qubiți logici – cel mai mare număr de qubiți logici testați până în prezent.

Ce sunt qubiții

Qubiții, sau biții cuantici, sunt unitățile fundamentale de informație în calculul cuantic. Spre deosebire de biții clasici din calculul tradițional, care pot fi fie 0, fie 1, qubiții pot exista într-o stare de superpoziție, adică pot reprezenta simultan 0 și 1.

Această proprietate le permite să efectueze mai multe calcule simultan, ceea ce poate duce la o creștere semnificativă a vitezei de procesare pentru anumite tipuri de probleme. În plus, qubiții pot fi interconectați, fenomen numit „interconectare cuantică”, care permite ca informațiile să fie transferate instantaneu, indiferent de distanță.

Cu cât un procesor cuantic are mai mulți qubiți, cu atât numărul de stări cuantice posibile crește, ceea ce îmbunătățește capacitatea sa de a efectua calcule complexe. Cu toate acestea, qubiții sunt foarte sensibili la perturbații din mediul înconjurător, ceea ce poate duce la erori. De aceea, cercetătorii lucrează la dezvoltarea de metode de corectare a erorilor și la crearea de qubiți logici, care sunt grupuri de qubiți care lucrează împreună pentru a proteja informațiile cuantice de erori.

Un computer cuantic tolerant la erori este proiectat să funcționeze chiar și în prezența erorilor, lucru realizat prin utilizarea unor metode de corectare a acestora. În general, calculatoarele lucrează cu numere complexe, codificate în fizica cuantică, pentru a rezolva probleme mult mai rapid decât calculatoarele tradiționale. Cu toate acestea, procesoarele cuantice actuale sunt susceptibile la erori, ceea ce a dus la dezvoltarea conceptului de „calcul cuantic tolerant la erori”.

Toleranța la erori este un design care asigură că o aplicație computerizată va rămâne funcțională în cazul unei defecțiuni catastrofale. Acest design include, de obicei, hardware, software, alimentare de rezervă și măsuri de siguranță în rețea. În cazul calculatoarelor cuantice, toleranța la erori implică utilizarea unor metode specifice pentru a corecta orice erori care pot apărea în timpul procesării informațiilor cuantice.

Deși toleranța la erori nu garantează că aplicațiile nu vor eșua, ea reduce probabilitatea unei defecțiuni complete a sistemului din cauza problemelor computerului. Acest lucru este deosebit de important în cazul calculatoarelor cuantice, unde erorile pot avea un impact semnificativ asupra performanței și fiabilității sistemului.

Computerele cuantice ar putea depăși cele mai bune supercomputere dacă includ milioane de qubiți, dar cel mai mare computer construit până acum are doar aproximativ 1.000 de qubiți, iar rata mare de eșec a qubiților limitează potențialul de scalare. Corecția erorilor ar putea contracara tendința qubiților de a eșua, iar construirea qubiților logici este un mod de a face acest lucru.

Qubiții logici: reducerea zgomotului cuantic

„Este prima mașină cu corectare a erorilor cuantice”, a declarat coautorul studiului Harry Zhou, fizician la QuEra și Universitatea Harvard, pentru Live Science.

Deși acest computer nu are suficientă putere pentru a fi util pe cont propriu, oferă o platformă pe care programatorii de software pot începe să testeze codul pentru viitoarele computere cuantice. Noul sistem de corecție a erorilor se bazează pe redundanța datelor, unde aceeași bucată de date este stocată în mai multe locuri, a spus Zhou. Qubiții logici efectuează aceleași calcule pe mai mulți qubiți fizici – reducând semnificativ ratele de eroare dacă unul sau mai mulți qubiți fizici eșuează, deoarece datele sunt disponibile în altă parte, astfel încât calculele pot continua.

Cercetătorii au implementat codul de corecție a erorilor computerului pe qubiții standard pentru a realiza qubiții logici. Ulterior, au stabilit porțile logice, cunoscute și ca circuite între qubiți pentru a realiza interferența acestora. Calculatorul calculează apoi ”sindromul” – o evaluare a probabilității de apariție a unei erori. Folosind aceste informații, computerul cuantic corectează erorile și trece la pasul următor.

Noii qubiți reprezintă un progres semnificativ față de tentativele anterioare. În 2023, Google Quantum AI Lab a demonstrat o rată de eroare de 2,9% folosind trei qubiți logici; Rata de eroare a Quera este de 0,5% cu 48 de qubiți logici. Liderul mondial este Universitatea Oxford, care a obținut rate de eroare mai mici de 0,01%.

Anul trecut, IBM a demonstrat, de asemenea, tehnologia de corecție a erorilor în cipul său Heron de 127 de qubiți, care a redus ratele de eroare de cinci ori comparativ cu celelalte cipuri ale sale. Dar primul său computer comercial, tolerant la erori, nu este așteptat până în 2029.

QuEra plănuiește să lanseze mai multe calculatoare cuantice în următorii ani, începând cu o mașină de 3.000 de qubiți fizici și 30 de qubiți logici care va apărea în 2025. Cea mai performantă dintre ele, o mașină cu mai mult de 10.000 de qubiți fizici și 100 de qubiți logici, este programată pentru 2026. „La 100 de qubiți logici, mașina (n.r. care va fi gata în 2026) poate efectua calcule corecte care depășesc capacitatea supercomputerelor din prezent”, a mai spus Zhou.