Sớm hơn dự kiến? Hứa hẹn sửa lỗi lượng tử hữu ích vào năm 2028.

Ở những nơi khác, phần cứng lượng tử ngoài cổ điển, cộng với điện toán cổ điển đã hoạt động trở lại. Tin tức về điện toán lượng tử thường xuất hiện vào gần cuối năm, khi các công ty cố gắng cung cấp bằng chứng cho thấy họ đang đạt điểm chuẩn đúng hạn. Tuy nhiên, đã có những thông báo thú vị khi mùa hè năm nay bắt đầu, từ tiến độ tăng dần cho đến những hứa hẹn thu hút sự chú ý. Như chúng tôi đã làm vào đầu tháng này, Ars có danh sách một số thông báo quan trọng nhất. Chúng bao gồm lời hứa về tính toán lượng tử hữu ích, sửa lỗi ngay sau năm 2028, thông tin chi tiết về bộ xử lý ion bị mắc kẹt được cập nhật và trường hợp trong đó các tuyên bố về quyền lực tối cao lượng tử đã bị cắt giảm một chút nhờ những tiến bộ trong các thuật toán truyền thống hơn. Nhiều người trong lĩnh vực này kỳ vọng rằng máy tính lượng tử hữu ích vẫn còn khoảng 5 đến 10 năm nữa. Mặc dù có thể có một số thuật toán hữu ích có thể chạy trên phần cứng dễ xảy ra lỗi hiện có, nhưng hầu hết tất cả các vấn đề thú vị mà điện toán lượng tử có thể áp dụng sẽ yêu cầu một số hình thức sửa lỗi được kích hoạt bằng cách liên kết một tập hợp nhỏ các qubit phần cứng với nhau thành cái được gọi là qubit logic. Qubit logic bao gồm việc lưu trữ thông tin dư thừa dài với các qubit lân cận có thể đo được để xác định thời điểm xảy ra lỗi và cách khắc phục. Để thực hiện các phép tính hữu ích, bạn cần có số lượng qubit logic hợp lý—khoảng 100 để cung cấp mô hình hoàn chỉnh về hoạt động của một số hóa chất đơn giản, đến hàng chục nghìn để thực hiện các thuật toán phức tạp như thuật toán có thể phá mã hóa. (Vì vậy, bất kỳ định nghĩa nào về “hữu ích” đều đi kèm với cảnh báo quan trọng “dành cho ai?”) Điều đó có nghĩa là, ở mức tối thiểu, chúng ta sẽ cần hàng nghìn qubit phần cứng chất lượng cao để tạo ra một cỗ máy sửa lỗi hữu ích. Hiện tại, các công nghệ qubit hiện có cung cấp chất lượng cao hoặc nhiều qubit. Có những lộ trình từ đây đến nơi chúng tôi muốn, nhưng chúng đòi hỏi sự tiến bộ tăng dần trong vài năm. Do đó, ước tính từ 5 đến 10 năm. Vào thứ Hai, Amazon và QuEra tuyên bố họ sẽ đạt được điều đó sau hai năm. “Đến năm 2028, chúng tôi sẽ mang Libra, một thiết bị có quy mô Megaquop, có khả năng thực hiện một triệu phép tính lượng tử trên hàng trăm qubit logic, cho khách hàng của chúng tôi, cho phép các ứng dụng khoa học đầu tiên trong hóa học lượng tử, vật lý năng lượng cao và mô phỏng vật liệu vượt quá tầm với của Quan điểm quy mô trung gian cổ điển và ồn ào.” tum (NISQ) ngày hôm nay,” tuyên bố của Amazon cho biết. Những khách hàng này hiện có quyền truy cập vào một số công nghệ điện toán lượng tử khác nhau thông qua dịch vụ đám mây Braket. Libra là phần cứng sẽ được cung cấp bởi QuEra, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại khu vực Boston đang theo đuổi điện toán lượng tử nguyên tử trung tính bằng cách chia sẻ nhân viên và thỏa thuận sở hữu trí tuệ dài hạn với các nhóm nghiên cứu tại Đại học Harvard và Viện Công nghệ Massachusetts. qubit được lưu trữ trong vòng quay của hạt nhân. Các hệ thống laser riêng biệt cũng có thể di chuyển các nguyên tử xung quanh, cung cấp khả năng kết nối bất kỳ, cho phép tính linh hoạt đáng kể cho các mục đích sửa lỗi và thuật toán. Công nghệ hiện thuộc loại “dễ tạo ra nhiều” qubit phần cứng—Các đối tác học thuật của QuEra đã chứng minh được lưới 3.000 qubit. đằng sau QuEra đã chứng minh được một số hiệu quả sửa lỗi cơ bản, vẫn còn nhiều việc phải làm. Hiểu cách công ty lên kế hoạch chuyển từ các cuộc trình diễn hiện tại sang một hệ thống chất lượng cao sẽ là điều cần thiết để đánh giá khả năng chúng ta bắt đầu thấy tính toán sửa lỗi trước khi thập kỷ này kết thúc. Điều này khiến thời điểm công bố của Amazon trở nên rất khó chịu vì QuEra dự định sẽ đưa ra lộ trình chi tiết cho hệ thống Libra của mình vào tuần tới. Chúng tôi đã được hứa sẽ có một bản tóm tắt đầy đủ trước đó, nhưng hiện tại, tất cả những gì chúng tôi có thể nói là hai công ty liên quan không có xu hướng cường điệu hóa và có thể sẽ không công bố điều này nếu họ không có lý do chính đáng để kỳ vọng mọi việc sẽ diễn ra tốt đẹp. Vào tháng 11, Quantinuum đã công bố phần cứng điện toán lượng tử tiếp theo của mình, có tên là Helios, dựa trên công nghệ bẫy ion. Các ion bị bẫy có một số điểm chung với các nguyên tử trung tính, nhưng thay vì lưới laser, chúng dựa vào các thiết bị điện tử để di chuyển xung quanh các phiên bản bị ion hóa của các nguyên tử. Bất chấp những điểm tương đồng, các ion nằm ở phía đối diện của sự phân chia hiện tại: Phần cứng hiện tại không chứa nhiều qubit, nhưng các qubit có chất lượng cực kỳ cao. Trong số ra thứ Tư của tạp chí Nature, công ty cung cấp thông tin chi tiết hơn mô tả kỹ thuật của Helios. Không có gì thay đổi so với mô tả của chúng tôi về phần cứng; nó vẫn là một vòng lưu trữ được liên kết với hai chân, nơi diễn ra các hoạt động, với các ion chảy vào và ra khỏi các chân khi thuật toán được thực hiện. (Đọc liên kết trong đoạn trên nếu bạn muốn biết thêm — đó là một hệ thống khá thú vị.) Nhưng bài báo cung cấp một số chi tiết bổ sung. Một trong những chi tiết đó liên quan đến việc làm mát các ion để chúng không thoát ra khỏi thiết bị. Hệ thống Helios cho phép quá trình làm mát được thực hiện song song với việc phân loại các ion và các hoạt động khác. Bài báo nêu rõ: “Việc phân loại song song với làm mát ở trạng thái mặt đất này cho phép các chu trình làm mát và cổng chạy gần như liên tục, vì lô qubit tiếp theo đã sẵn sàng chuyển sang khi lô hiện tại kết thúc hoạt động”. Công ty cũng ngụ ý rằng họ nhìn thấy cơ hội tăng cường làm mát ở những nơi khác trong tương lai đến mức gần như mọi ion sẽ được làm mát vào thời điểm thực sự cần thiết cho hoạt động. Helios cũng đi kèm với một gói phần mềm giúp trừu tượng hóa ý định của người dùng khỏi phần cứng qubit thực tế. Thay vào đó, người dùng lập trình “qubit ảo” và hệ thống điều khiển thời gian thực sẽ chọn qubit phần cứng thực tế. để sử dụng. Đây có thể là cách hệ thống sẽ kích hoạt các thuật toán với các qubit logic sửa lỗi, trong đó người dùng cho phép hệ thống xử lý các chi tiết về việc thực hiện sửa lỗi thực tế. Nhưng tin đáng chú ý nhất là tỷ lệ lỗi. Trong các hoạt động của cổng qubit đơn, tỷ lệ lỗi là 0,00003, nghĩa là bạn có thể thực hiện nhiều thao tác này và tin tưởng rằng rất khó xảy ra lỗi. Ngay cả tỷ lệ lỗi tồi tệ nhất đối với cổng hai qubit cũng là 0,0008. Do điều này và máy chủ Helios 98 qubit, về cơ bản, toàn bộ cỗ máy không thể mô phỏng bằng máy tính cổ điển. Vào thời điểm hệ thống thực hiện tám vòng hoạt động, siêu máy tính lớn nhất sẽ mất khoảng 10.000.000 năm để mô phỏng hành vi của nó. Vấn đề máy tính truyền thống có thể làm được những gì và mất bao lâu để thực hiện chúng đã trở thành vấn đề trọng tâm trong câu hỏi lớn nhất mà lĩnh vực này phải đối mặt: Liệu chúng ta có thể khiến máy tính lượng tử trong thế giới thực làm được điều quan trọng mà lý thuyết cho rằng chúng có thể làm được, cụ thể là, làm những việc mà máy tính cổ điển thực sự không thể làm được? Điều này bắt đầu với những tuyên bố lớn về cái được gọi là “ưu thế lượng tử”, một số trong số đó không còn hiệu quả nữa khi các nhà khoa học máy tính phát hiện ra ook một cái nhìn cẩn thận vào vấn đề. Tuy nhiên, kể từ đó, đã có một chút thay đổi để tập trung vào lợi thế lượng tử, điều mà tôi có xu hướng nghĩ là máy tính lượng tử thực hiện những việc cực kỳ phi thực tế trên phần cứng cổ điển. IBM đã thiết lập một công cụ theo dõi lợi thế lượng tử và có sự đồng thuận chung rằng chúng ta sắp thấy được một số ví dụ rõ ràng. Gợi ý thực hành: 1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California. 2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.