Pierwszy, w pełni sprawny, przełomowy procesor kwantowy od Google

Badacze, naukowcy i inżynierowie z Google donoszą, że ich nowo-opracowany procesor kwantowy (pracujący przy potężnym schłodzeniu), o nazwie Sycamore, nie tylko działa, ale jest super-wydajny. Jest on w stanie samodzielnie dokonywać niezwykle skomplikowanych obliczeń w ciągu zaledwie kilku sekund, które „typowemu” superkomputerowi zajęłyby tysiące lat, jak podają. Ta niezwykła umiejętność wykonywania zaawansowanych obliczeń kwantowych do osiągania wyników poza zasięgiem obliczeń z wykorzystaniem klasycznych technologii i mechanik, nazywa się „supremacją”, i stanowi teoretyczną zaletę obliczeń kwantowych od czasu rozpoczęcia badań nad tym zagadnieniem. Wyniki procesora Google zostały przedstawione w Nature. © Nature Journal - demonstracja kwantowej supremacji Komputer kwantowy Sycamore jest w pełni programowalny i może obsługiwać algorytmy kwantowe ogólnego zastosowania. Po opisanej tutaj fazie testowania i testów porównawczych zespół przygotowywał aplikacje z zakresu symulacji fizyki kwantowej i chemii kwantowej, a także uczenia maszynowego. W artykule w Nature przedstawiono, że Sycamore zawiera dwuwymiarowy układ 54 kubitów transmonowych, przy czym każdy kubit jest połączony z czterema najbliższymi sąsiadami. Całość ma strukturę schodkową 9 na 6. Jednym z przełomowych osiągnięć w tej konstrukcji zespołu kubitów jest regulowane złącze, które kontroluje połączenie z każdym najbliższym sąsiadem, jak czytamy w dokumencie. © Nature Journal - struktura kubitowa Kubity wykonane są z przechłodzonej złączki Josephsona, łączącej płytki krzemowe indem oraz aluminium do metalizacji. Układ jest połączony przewodem z nadprzewodnikową płytką drukowaną i pracuje w temperaturze poniżej 20 mK (mili-Kelvinów). Procesor jest podłączony do urządzenia, osadzonego już w temperaturze pokojowej, które syntetyzuje sygnały sterujące i odczytuje status kubitów. Bramy z pojedynczym kubitem są tworzone przez doprowadzenie impulsów mikrofalowych o długości 25 ns, do danego kubita. Jak twierdzą naukowcy, impulsy te rezonują z częstotliwością kubitów przy wyłączonym sprzężeniu kubit-kubit. Bramy zaplątane w dwa kubity są tworzone przez sprzężenie sąsiadujących kubitów, które są w rezonansie z sprzężeniem 20 MHz przez 12 ns. To pozwala kubitom zamieniać stany. W dalszej części artykułu opisano testowanie uproszczonych obwodów od 12 do 53 kubitów. Gdy okazało się, że procesor działa poprawnie, sprawdzają za pomocą klasycznych symulacji, zespół prowadził obwody twarde przy użyciu 53 kubitów i zwiększając głębokość, aż przekroczył punkt, w którym klasyczne obliczenia były wykonalne. Zespół badawczy stwierdził tym samym, że ich przechłodzone procesory kwantowe osiągnęły i rozpoczęły erę „supremacji kwantowej”. Naukowcy powiedzieli także, że oczekują iż kwantowa moc obliczeniowa wzrośnie w podwójnym tempie wykładniczym i prawdopodobnie będzie postępować, zgodnie z prawem Moore'a, z podwojeniem wydajności obliczeniowej co kilka lat. Lecz to oczywiście wymaga czasu i wiele pracy. Architektura Sycamore jest kompatybilna z kwantową korekcją błędów. Jak podają twórcy, ich najnowsze procesor kwantowy o 54-kubitach, jest pierwszym w serii procesorem coraz potężniejszych układów tego typu. Google zapowiedział, że planuje teraz zbudować odporny na uszkodzenia i błędy komputer kwantowy tak szybko, jak to możliwe.