Amazon Web Services анонсирует новый чип квантовых вычислений

AWS использовала новый дизайн для архитектуры Ocelot, встраивая коррекцию ошибок с нуля и используя «кошачий кубит». Кошачьи кубиты, названные в честь знаменитого мысленного эксперимента Шредингера с котом, по сути подавляют определенные формы ошибок, сокращая ресурсы, необходимые для квантовой коррекции ошибок. Благодаря этому новому подходу с Ocelot исследователи AWS впервые объединили технологию кошачьих кубитов и дополнительные компоненты квантовой коррекции ошибок на микрочипе, который можно изготавливать масштабируемым образом с использованием процессов, заимствованных из микроэлектронной промышленности.

История показывает, что важные достижения в области вычислений были достигнуты путем фундаментального переосмысления аппаратных компонентов, поскольку это может оказать существенное влияние на стоимость, производительность и даже осуществимость новой технологии. Компьютерная революция по-настоящему началась, когда транзистор заменил вакуумную лампу, что позволило уменьшить компьютеры размером с комнату до современных компактных и гораздо более мощных, надежных и недорогих ноутбуков. Выбор правильного строительного блока для масштабирования имеет решающее значение, и сегодняшнее объявление представляет собой важный шаг в разработке эффективных средств для масштабирования до практичных, отказоустойчивых квантовых компьютеров.

«С последними достижениями в квантовых исследованиях вопрос уже не в том, будут ли доступны практические отказоустойчивые квантовые компьютеры для реальных приложений, а в том, когда они появятся. Ocelot — важный шаг на этом пути», — сказал Оскар Пейнтер, директор AWS по квантовому оборудованию. «В будущем квантовые чипы, построенные по архитектуре Ocelot, могут стоить всего одну пятую от текущих подходов из-за резкого сокращения количества ресурсов, необходимых для исправления ошибок. Конкретно, мы считаем, что это ускорит наш график создания практического квантового компьютера на пять лет».

Исследователи AWS опубликовали свои выводы в рецензируемой научной статье в Nature. Вы также можете прочитать более техническую статью об Ocelot на сайте Amazon Science.

Основная проблема квантовых вычислений
Одна из самых больших проблем с квантовыми компьютерами заключается в том, что они невероятно чувствительны к малейшим изменениям или «шуму» в окружающей среде. Вибрации, тепло, электромагнитные помехи от сотовых телефонов и сетей Wi-Fi или даже космические лучи и излучение из космоса могут выбить кубиты из их квантового состояния, вызывая ошибки в выполняемых квантовых вычислениях. Это исторически делало чрезвычайно сложным создание квантовых компьютеров, которые могут выполнять надежные, безошибочные вычисления любой значительной сложности. «Самая большая проблема — это не просто создание большего количества кубитов», — сказал Пейнтер. «А заставить их работать надежно».

Чтобы решить эту проблему, квантовые компьютеры полагаются на квантовую коррекцию ошибок, которая использует специальные кодировки квантовой информации по нескольким кубитам — в форме «логических» кубитов — для защиты квантовой информации от окружающей среды. Это также позволяет обнаруживать и исправлять ошибки по мере их возникновения. К сожалению, учитывая огромное количество кубитов, необходимых для получения точных результатов, текущие подходы к квантовой коррекции ошибок обходятся очень дорого, а потому и непомерно дорого.

Новый подход к квантовой коррекции ошибок
Чтобы решить текущие проблемы, связанные с квантовой коррекцией ошибок, исследователи из AWS разработали Ocelot. Ocelot был разработан с нуля со «встроенной» коррекцией ошибок. «Мы посмотрели, как другие подходят к квантовой коррекции ошибок, и решили пойти другим путем», — сказал Пейнтер. «Мы не брали существующую архитектуру, а затем пытались включить коррекцию ошибок позже. Мы выбрали наш кубит и архитектуру с квантовой коррекцией ошибок в качестве главного требования. Мы считаем, что если мы собираемся создавать практические квантовые компьютеры, квантовая коррекция ошибок должна быть на первом месте». Фактически, по словам Пейнтера, его команда оценивает, что масштабирование Ocelot до «полноценного квантового компьютера, способного оказывать преобразующее воздействие на общество, потребует всего лишь одной десятой ресурсов, связанных со стандартными подходами к квантовой коррекции ошибок».

Один из способов думать о квантовой коррекции — в контексте контроля качества в производстве и разницы между необходимостью одной точки проверки для обнаружения всех дефектов вместо 10 точек проверки. Другими словами, это дает тот же результат, но с меньшими ресурсами и в целом улучшенным производственным процессом. Уменьшая количество необходимых ресурсов с помощью таких подходов, как с Ocelot, квантовые компьютеры можно строить меньше, надежнее и с меньшими затратами. Все это ускоряет путь к применению квантовых вычислений в будущих приложениях в реальном мире, таких как более быстрое открытие и разработка лекарств, производство новых материалов, способность делать более точные прогнозы относительно рисков и инвестиционных стратегий на финансовых рынках и многое другое.

Превращаем научную фантастику в научный факт
Хотя сегодняшнее объявление является многообещающим началом, Ocelot все еще является прототипом, и AWS стремится продолжать инвестировать в квантовые исследования и совершенствовать свой подход. Точно так же, как потребовались многие годы разработки и обучения работе систем x86 (широко используемая компьютерная архитектура для центральных процессоров) надежно и безопасно в масштабе, чтобы превратить Graviton в один из ведущих чипов в облаке, AWS применяет аналогичный подход к квантовым вычислениям. «Мы только начинаем, и мы считаем, что нам предстоит пройти еще несколько этапов масштабирования», — сказал Пейнтер. «Это очень сложная проблема, и нам нужно будет продолжать инвестировать в фундаментальные исследования, оставаясь при этом на связи и извлекая уроки из важной работы, проводимой в академических кругах. Прямо сейчас наша задача — продолжать внедрять инновации в стек квантовых вычислений, продолжать проверять, используем ли мы правильную архитектуру, и включать эти знания в наши инженерные усилия. Это маховик непрерывного совершенствования и масштабирования».

Как начать работу с квантовыми вычислениями
Клиенты могут начать изучать квантовые вычисления уже сегодня с Amazon Braket на AWS. Amazon Braket — это полностью управляемый сервис квантовых вычислений, который позволяет ученым, разработчикам и студентам работать с рядом сторонних аппаратных средств квантовых вычислений, высокопроизводительными симуляторами и набором программных инструментов, которые упрощают начало работы с квантовыми вычислениями.

Источник: Amazon