Kvantový počítač hlási prelom. Vedci mu dali extrémne náročnú úlohu, zvládol ju za 15 minút

Kvantová výpočtová technika sa po rokoch teoretických sľubov a sporných experimentov posúva do úplne novej éry. Spoločnosť IBM v spolupráci s výskumníkmi z University of Chicago dosiahla míľnik, ktorý spĺňa kľúčové kritériá pre skutočnú kvantovú prevahu.

Kvantový procesor dokázal dokončiť mimoriadne komplexnú operáciu v priebehu približne 15 minút. Ak by sa o rovnakú úlohu pokúsili najvýkonnejšie súčasné klasické superpočítače pomocou popredných simulačných metód, trvalo by im to nepredstaviteľne dlhý a v praxi nepoužiteľný čas.

Vedci navyše prišli s riešením problému, ktorý kvantovú fyziku trápil dlhé roky. Podobné prelomové posuny v modernej vede ukazujú, akým tempom napredujú technológie, ktoré kedysi popierali zaužívané pravidlá, podobne ako keď fyzici zistili, že diamanty dokážu vyrábať elektrinu a padlo 100-ročné pravidlo.

Prečo je overenie kvantového výsledku také zložité

Dlhé roky sa na testovanie schopností kvantových počítačov používa štandardizovaný benchmark s názvom random circuit sampling (RCS). Jeho princíp spočíva v tom, že kvantový čip generuje štatistické vzorce také komplikované, že ich klasická architektúra nedokáže v reálnom čase zopakovať.

Prístup má však obrovský háčik. Vo chvíli, keď sa výpočet stane pre klasický počítač neriešiteľným, strácajú vedci možnosť jednoducho skontrolovať, či kvantový stroj nevychrlil iba náhodný šum a či je výsledok matematicky správny.

Kontrola výsledkov sa tak sama o sebe stáva neriešiteľnou úlohou. Tím z IBM a Chicagskej univerzity preto vyvinul úplne novú, štruktúrovanú alternatívu k tradičnému RCS, ktorá tento problém obchádza.

70 logických qubitov a desaťnásobne nižšia chybovosť

Nový postup si zachováva rovnakú výpočtovú náročnosť pre klasické systémy, no vďaka pridanej vnútornej štruktúre umožňuje odhaliť a korigovať chyby priamo počas výpočtu. Experiment sa stal jednou z najväčších demonštrácií kvantovej opravy chýb v histórii.

Systém operoval so 70 logickými qubitmi. Na rozdiel od fyzických qubitov sú tie logické chránené špeciálnym kódovaním, ktoré ich izoluje od všadeprítomného okolitého šumu a teplotných výkyvov.

Počas experimentu vedci zrealizovali 2 415 logických dvojqubitových operácií a 468 logických T-hradiel. Efektívna miera chybovosti bola vďaka novému dizajnu až desaťkrát nižšia v porovnaní s fyzickými qubitmi, čo umožnilo udržať mimoriadnu stabilitu celého procesu.

Silicon Quantum Computing/IBM/Úprava redakcie

Oficiálny vstup do éry skutočnej kvantovej výhody

Podľa vedúceho výskumu v IBM Research, Jaya Gambettu, tento úspech definitívne potvrdzuje, že vstupujeme do skutočnej éry kvantovej výhody. Doterajšie experimenty totiž často čelili kritike, že ich výsledky boli len teoretickými odhadmi bez možnosti nezávislej verifikácie.

Výskumníci publikovali svoje zistenia v odbornej práci s názvom Sampling hard circuits with verifiably high fidelity. Všetky použité obvody a namerané dáta sprístupnili verejnosti prostredníctvom platformy Quantum Advantage Tracker.

Tento otvorený prístup umožňuje vedeckej komunite otestovať vlastné klasické algoritmy a potvrdiť, či existuje akákoľvek cesta, ako kvantový výpočet napodobniť bez použitia kvantového procesora.

Zásadný krok k praktickému nasadeniu v priemysle

Rýchlosť sama o sebe nestačí na to, aby sa kvantové počítače začali reálne využívať vo farmaceutickom priemysle, pri vývoji batérií alebo v materiálovej vede. Zásadnou podmienkou je dôveryhodnosť a opakovateľnosť získaných dát.

Ako uviedol docent Bill Fefferman z University of Chicago, schopnosť overiť presnosť stavov pod vplyvom šumu dáva výskumníkom istotu, že stroj skutočne rieši zadaný problém a neprodukuje ilúzie spôsobené interferenciou.

Prepojenie logických qubitov s aktívnou kontrolou chýb tak vytvára stabilné základy pre škálovanie budúcich systémov, ktoré budú schopné riešiť zložité molekulárne simulácie či optimalizačné úlohy ďaleko za hranicami možností dnešnej kremíkovej éry.

Čítajte viac z kategórie: Novinky