Google представил квантовый чип Willow

Корпорация Google представила новую разработку — квантовый чип Willow. Он способен решать задачи, требующие от суперкомпьютеров количества времени, которое в триллионы раз превышают возраст Вселенной. Причём чип от Google может это сделать всего за пять минут.

Что такое квантовые вычисления

В отличие от обычных компьютеров, квантовые используют в своей работе не биты, а кубиты, которые функционируют по законам квантовой механики. В среде кубитов лампочка может быть как включённой, так и выключенной, а ещё находиться в промежуточных состояниях.

Это свойство называют квантовой суперпозицией. С помощью него кубиты способны обрабатывать огромное количество вариантов одновременно. Кроме того, кубиты могут синхронизироваться друг с другом, даже несмотря на расстояние между ними. Благодаря этому они могут работать вместе и решать задачи с космической скоростью.

Тем не менее у квантовых вычислений есть проблема — нестабильность кубитов. Они очень часто теряют информацию из-за взаимодействия с окружающей средой, что приводит к ошибкам. Поэтому, чтобы справиться с этими ошибками и создать надёжный квантовый компьютер, Google изобрёл квантовый чип Willow.

Читайте также:

Что такое квантовый компьютер и как он работает

Что сделала Google

Для надёжной работы квантового компьютера нужно снизить уровень ошибок до минимального значения, которое известно как порог ошибок (below threshold). При нём система сохраняет устойчивость и остаётся работоспособной, даже если число кубитов увеличивается.

Команда Google смогла этого добиться с помощью метода квантовой коррекции ошибок. Они смогли объединить несколько физических кубитов в логический кубит. Последний не только хранит информацию, но и способен самостоятельно исправлять возникающие ошибки. Благодаря этому он становится куда устойчивее в сравнении с предшественниками.

Для демонстрации технологии Google протестировал чип Willow, увеличивая размеры сетки из физических кубитов. Сначала они использовали сетку размером 3×3, состоящую из 9 кубитов. Затем инженеры компании масштабировали её до 5×5 (25 кубитов) и 7×7 (49 кубитов).

С каждым увеличением сетки Google внедрял новые алгоритмы исправления ошибок. В итоге, несмотря на увеличение числа кубитов, количество ошибок не росло, а сокращалось вдвое на каждом этапе. Впервые за 30 лет инженеры смогли показать, что увеличение числа кубитов в системе не приводит к её нестабильности, скорее наоборот. Чем больше кубитов и мощнее компьютер, тем меньше ошибок совершает чип.

По итогу создатели Willow смогли с помощью чипа решить сложнейшую вычислительную задачу. На её решение у современного суперкомпьютера может уйти 10 септиллионов (число с 25 нулями) лет. Это превышает возраст Вселенной примерно в 700 триллионов раз. В то время как Willow смог решить эту задачу всего за 5 минут.

Какие перспективы на будущее

С выпуском чипа Willow компания планирует создать квантовый компьютер, который сможет выполнять полезные, выходящие за привычные рамки вычисления, которые имеют большое значение для всего мира.

Речь идёт про оптимизацию искусственного интеллекта и ускорение обучения нейросетей. Кроме того, это касается разработки новых материалов и молекул, которые обычный компьютер не способен смоделировать. А ещё квантовый компьютер понадобится для решения глобальных энергетических проблем вроде создания более эффективных источников энергии.

В будущем квантовые компьютеры, по словам компании, могут стать основой для разработки более точных ИИ-моделей. Это откроет новые возможности во многих областях, включая медицину, энергетику и климатологию.