Microsoft a Quantinuum demonštrovali riešenie pre reálne kvantové počítače

Kým klasické počítače pracujú s binárnymi bitmi ako jednotkou informácie, ktoré môžu nadobúdať stav „0“, alebo „1“, kvantové počítače pracujú s qubitmi. Tieto kvantové bity môžu existovať v superpozícii dvoch stavov súčasne.

Problém s qubitmi je, že sú náchylné na chyby, čo je hlavný dôvod, prečo sa dnešné kvantové počítače, známe ako Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ), čiže čosi ako „šumová prechodová kvantová škála“, používajú len na výskum a experimentovanie.

Sny o kvantových výpočtoch prinášajú nádej na mnohonásobne, až exponenciálne rýchlejšie zložité výpočty ako počítač na báze klasickej fyziky.  No napriek tomu, že IBM, Google a ďalší oznamujú pokroky vo vývoji kvantového hardvéru, kvantové počítače sa stále nepoužívajú na žiadne praktické účely. Zmeniť by to mohol prielom, ktorý oznámili spoločnosti Microsoft a Quantinuum. Tvrdia, že vyvinuli doteraz najdokonalejší kvantový výpočtový systém z hľadiska chybovosti.

Pri riešení tohto problému Microsoft zoskupil fyzické qubity do virtuálnych qubitov, čo mu umožňuje aplikovať diagnostiku a opravu chýb bez ich zničenia a spustiť ich na hardvéri od spoločnosti Quantinuum. Výsledná chybovosť bola 800-krát nižšia ako v prípade použitia len  fyzických qubitov. Microsoft tvrdí, že dokázal spustiť viac ako 14 000 experimentov bez akýchkoľvek chýb.

Vízia funkčného kvantového počítača sa tak podstatne približuje. Podľa Jasona Zandera, viceprezidenta divízie Strategic Missions and Technologies spoločnosti Microsoft, by nás tento úspech mohol konečne priviesť ku kvantovému počítaču úrovne „Level 2 Resilient“, ktorý by bol dostatočne spoľahlivý pre praktické aplikácie.

Microsoft spolupracuje so spoločnosťou Quantinuum od roku 2019, aby umožnil kvantovým vývojárom tvoriť ich vlastný kvantový kód na technológii qubit s iónovou pascou, ktorá zahŕňa vysokú presnosť, plnú konektivitu a obvodové merania. Benchmarkové testy uznávajú, že Quantinuum má najlepšie kvantové objemy, vďaka čomu má dobrú pozíciu na vstup do úrovne Level 2 Resilient.

Jason Zander hovorí, že úlohou celého kvantového ekosystému je zvýšiť vernosť qubitov a umožniť kvantové výpočty odolné voči chybám, aby sme mohli použiť kvantový počítač na riešenie predtým neriešiteľných problémov. Stručne povedané, musíme prejsť na spoľahlivé logické qubity, vytvorené kombináciou viacerých fyzických qubitov do logických, aby sme ich chránili pred šumom a tým aj chybovosťou a udržali dlhý (t. j. odolný) výpočet.

Súčasné kvantové počítače NISQ trpia príliš veľkým šumom a chybami vo svojich fyzických qubitoch. To v podstate znemožňuje robustnú opravu chýb na týchto systémoch a výrazne obmedzuje ich užitočnosť pre reálne aplikácie. Na prekonanie tohto problému kombinuje systém Microsoft a Quantinuum vysoko verný kvantový hardvér od spoločnosti Quantinuum s prelomovým softvérom Microsoftu na virtualizáciu qubitov, diagnostiku chýb a aktívnu korekciu chýb na logických qubitoch.

Kvantové procesory Quantinuum s iónovou pascou dosahujú výnimočnú vernosť dvojqubitovej brány 99,8 %. Tento hardvér s vysokou presnosťou umožnil efektívne fungovanie softvéru na opravu chýb od spoločnosti Microsoft.

Výskumníci budú môcť otestovať spoľahlivé kvantové výpočty spoločnosti Microsoft prostredníctvom Azure Quantum Elements v najbližších mesiacoch, kde budú k dispozícii ako súkromná ukážka. Cieľom je posunúť sa ku kvantovému superpočítaču úrovne Level 3, ktorý bude teoreticky schopný riešiť také zložité problémy, ako sú klimatické zmeny alebo výskum exotických liekov. Nie je jasné, ako dlho bude trvať dosiahnutie tejto méty, ale publikované výsledky spolupráce Microsoftu so spoločnosťou Quantinuum  nás posúvajú o krok bližšie k praktickým kvantovým výpočtom.