Helios tõstab kvantprotsessorite täpsuse praktilisele tasemele

Quantinuum ja Sandia National Laboratories on viinud kvanttäpsuse hämmastavate kõrgusteni seadmega Helios, mis vähendab lõhet laboriuurimuse ja praktilise kvantriistvara vahel.

Heliose ühe kubiti operatsioonide täpsus ulatus 99,9975%-ni. Kahe kubiti väravad saavutasid 99,921% täpsuse. Need numbrid ei ole väikesed parandused, vaid murrangulised. Miks see oluline on? Sest operatsioonide täpsus määrab kvantseadme praktilise väärtuse. Mida lähemal operatsioonid on 100%le, seda vähem vigu arvutuse jooksul kuhjub ja seda elujõulisemad saavad reaalsed kvanttöövood.

Helios baseerub ioonide lõksutehnoloogial ja sisaldab 98 füüsilist kubitti, mis vigade vähendamise meetodite abil kaardistuvad umbes 50 loogiliseks kubitiks. Süsteem kasutab ka integreeritud fotoonikat kvantinfo edastamiseks mikroskoopiliste optiliste kanalite kaudu valguse kiirusel, mis aitab masinat skaleerida ja hoida energiatarvet tagasihoidlikuna, meeskonna andmetel umbes 40 kilovatti. See on selle klassi süsteemi kohta erakordselt tõhus.

Sandia roll ulatus kaugemale kui vaid valideerimine. Sealsetes uuringutes rakendati ja täiustati keerukaid võrdlusvahendeid, et uurida Heliose vigade maastikku, sealhulgas uut meetodit tsükli keskel tehtavate mõõtmiste hindamiseks, see tähendab võimet lugeda ja reageerida kubittidele jooksu keskel. Tsükli keskel tehtavad mõõtmised on tehniline, kuid võtmetähtsusega võimekus: ilma selleta ei saa ehitada tugevaid, vigade taluvusega kvantalgoritme. Uued hindamistehnikad annavad inseneridele selgema kaardi kohtadest, kus vead peituvad ja kuidas neid vähendada.

Helios näitab, et praktilised väheste vigadega kvantprotsessorid ei ole enam ainult teoreetiline eesmärk, vaid muutuvad insenertehniliseks reaalsuseks.

Quantinuum nimetab Helioset oma suurimaks ja usaldusväärseimaks kommertsiaalseks süsteemiks seni, ning kliendid pääsevad sellele ligi pilveteenuse tellimuste kaudu. Sellegipoolest on meeskond aus: see ei ole lõppsiht. Universaalne, vigade korrigeerimisega kvantarvuti, mis rutiinselt ületab klassikalisi superarvuteid, on endiselt tulevikumärgatav. Kuid ühe kubiti väravate veamäärade viimine alla 0,01% ja kahe kubiti väravate alla 0,1% lühendab seda teekaarti oluliselt.

Praktilised tagajärjed on juba selged. Suurem täpsus laiendab teostatavate simulatsioonide ja algoritmide ulatust, alates virtuaalsest ravimite avastamisest ja materjalikujundusest kuni keerukate energia modelleerimise ja järgmise põlvkonna krüptograafiase uurimiseni. Ülesanded, millega tänased parimad klassikalised masinad võitlevad, võivad muutuda saavutatavaks, kui madalavealised kvantmoodulid skaleeruvad ja kombineeruvad suuremateks loogilisteks struktuurideks.

Heliose tulemused dokumenteeriti ajakirjas Nature ja tähistavad olulist pöördepunkti, mitte ainult kõrgemaid numbreid võrdluses, vaid ka käegakatsutavat edasiminekut inseneriprobleemides, mis eraldavad teooriat rakendusest. Nüüd käib võidujooks nende riistvaraliste edusammude tõlkimiseks tarkvaraks, vigade korrigeerimise koodideks ja täisvirna süsteemideks, mis toovad käegakatsutavaid eeliseid.

Mis siis järgmiseks? Kui täpsus paraneb selle tempoga, kasvab kiiresti probleemide nimekiri, mida kvantmasinad suudavad lahendada, ja innovaatorid, kes on valmis neid kasutusele võtma, määravad järgmise arvutuse ajastu.