Нові процесори Google змінять акумулятори та медицину
Фантастика? Можливо. Але є одна завада: щоб наблизити таке майбутнє, дослідникам спочатку потрібно навчити квантовий комп'ютер долати власні збої.
Річ у тім, що квантові комп'ютери є машинами з неймовірним потенціалом, але надзвичайно вибагливим характером. Їхні обчислювальні елементи настільки чутливі до зовнішніх впливів, що навіть найменші перешкоди здатні повністю зіпсувати результат. Виходить майже комічна ситуація: людство намагається створити комп'ютер майбутнього, а той постійно помиляється і змушений витрачати основні ресурси на виправлення власних помилок.
І ось тут починається найцікавіше. Дослідники з підрозділу Google Quantum AI знайшли революційний спосіб вирішити цю проблему, опублікувавши офіційні результати роботи в авторитетному науковому журналі Science.
Команда науковців змусила свій новий квантовий процесор Willow працювати за передовою технологією вирощування магічних станів. У результаті рівень найважливіших квантових помилок вдалося скоротити одразу в сорок разів. Давайте розберемося, як працює це відкриття і чому воно змінює все.
Що таке магічні стани і чому вони такі важливі
Щоб зрозуміти суть прориву, розберемо три простих поняття:
Кубіт: У звичайному комп'ютері вся інформація зберігається і обробляється в бітах. Біт це крихітна комірка інформації, яка може зберігати одне з двох значень: нуль або одиницю, ніби вимикач, який буває вимкнений або увімкнений. Квантовий кубіт працює інакше. Це фізична система, яка завдяки законам квантової фізики здатна перебувати в суперпозиції, одночасно поєднуючи в собі і нуль, і одиницю. Коли таких кубітів багато і вони об'єднані в спільну систему, вони дають колосальну перевагу під час вирішення найскладніших завдань.
Квантовий шум: Зовнішні перешкоди, як-от зміни температури чи електромагнітні хвилі, постійно збивають кубити з пантелику і призводять до помилок в обчисленнях.
Магічні стани: Це чисті еталонні заготовки сигналів, які потрібні процесору для виконання складних математичних операцій. Уявіть ювеліра під час огранювання крихкого кристала, коли будь-який невірний рух псує матеріал. У квантовій системі перешкоди перетворюють тендітні сигнали на непотрібне сміття, тому процесору критично важливі такі бездоганні еталонні заготовки.
Прихований податок квантового світу
До цього відкриття головною перешкодою на шляху до корисних квантових обчислень залишався величезний обсяг службових витрат. Щоб захистити інформацію від перешкод, науковцям доводилося витрачати колосальну потужність процесора не на самі обчислення, а на постійне виправлення помилок.
За оцінками експертів, левова частка потужності майбутнього квантового суперкомп'ютера йшла виключно на очищення та створення ідеальних заготовок за допомогою сотень тисяч додаткових кубітів. Це було схоже на спробу відфільтрувати океан заради однієї краплі чистої води.
Як працює вирощування магічних станів
Замість того щоб виробляти заготовки з великою кількістю сміття і потім довго очищати їх, фахівці навчилися одразу вирощувати високочисті квантові стани прямо всередині процесора Willow.
Фізики створили спеціальну внутрішню систему фільтрації. Вона відсікає шуми на найранніших етапах формування сигналу, досягши неймовірної точності. Це дозволило знизити ймовірність критичної помилки до мінімальних показників. Витрати потужності та кубітів на очищення при цьому скоротилися в десятки разів.
Які надзавдання зможуть вирішувати квантові ПК
Класичні суперкомп'ютери вперлися в стелю потужності в завданнях з мільярдами параметрів, що змінюються одночасно. Квантові процесори без помилок зможуть легко дати раду обчисленням, на які у звичайних систем пішли б тисячоліття:
Точне моделювання молекул і хімічних реакцій: Сьогодні науковці змушені створювати ліки та матеріали методом спроб і помилок у лабораторіях, оскільки звичайні ПК не здатні прорахувати поведінку навіть однієї складної білкової молекули. Квантові ПК зможуть віртуально симулювати складні біохімічні процеси, відкриваючи персоналізовані ліки від онкології чи Альцгеймера за лічені дні.
Революція в енергетиці та матеріалознавстві: Моделювання атомних зв'язків дозволить винайти надпровідники, що працюють за кімнатної температури. Це повністю усуне втрати енергії в електромережах по всьому світу і створить принципово нові акумулятори. Звичайні смартфони та ноутбуки отримають батареї нового покоління, які заряджатимуться за лічені хвилини, служитимуть роками без втрати ємності, стануть повністю безпечними від займання і при цьому значно здешевшають. Електричний транспорт здійснить аналогічний технологічний стрибок, отримавши легкі та ємні накопичувачі енергії. Електромобілі та пасажирський електротранспорт зможуть долати величезні відстані без тривалої підзарядки, що кардинально знизить вартість будь-яких логістичних перевезень, зробить подорожі доступнішими і назавжди змінить звичний уклад життя мільйонів людей.
Глобальна логістика та кліматичний контроль: Одномоментний прорахунок оптимальних маршрутів усіх світових вантажопотоків, ланцюжків постачання та точне передбачення глобальних кліматичних змін у реальному часі.
Головний висновок науковців: подолання бар'єра квантових помилок відкриває пряму дорогу до практичної користі. У найближчі роки звільнені ресурси процесорів будуть спрямовані на реальні відкриття в медицині, науці та технологіях.
Немає коментарів: