Obejrzyj kwantowy układ obliczeniowy Willow ujawniony przez Google Quantum AI – wideo

Przedstawiamy nasz najnowszy układ obliczeń kwantowych, opracowany z myślą o uczeniu się i ewolucji niczym otaczający nas świat przyrody. Willow z Google Quantum AI. Cześć, nazywam się Julian Kelly i jestem dyrektorem ds. sprzętu w Google Quantum AI. Dziś w imieniu naszego niesamowitego zespołu z dumą ogłaszam, że Willow Willow to najnowsze i najpotężniejsze nadprzewodnikowe rozwiązanie kwantowe firmy Google. Żeton. I nasze kolejne kroki w kierunku budowy wielkoskalowych komputerów kwantowych i odkrywania ich zastosowań. Obliczenia kwantowe fascynują mnie od czasu pierwszych eksperymentów z Qubisem w 2008 roku. Odkąd dołączyłem do Google w 2015 roku, naszym marzeniem było urzeczywistnić naszą misję polegającą na budowaniu komputerów kwantowych rozwiązujących problemy nierozwiązywalne w inny sposób. W 2017 r. wprowadziliśmy na rynek nasz pierwszy chip Foxtail, następnie Bristol Cohen w 2018 r. i Sycamore w 2019 r., co stanowiło podstawę naszego kamienia milowego, czyli pierwszego komputera kwantowego, który opiera się na najlepszych klasycznych pracach obliczeniowych uzyskanych na przestrzeni lat z Sycamore w zakresie losowego próbkowania obwodów We osiągnęliśmy niezwykłą wydajność naszego sprzętu, w tym osiągnięcie skalowalnego kubitu logicznego w naszych kluczowych momentach. Są zdolni. Ale ostatecznie jesteśmy ograniczeni czasem, przez jaki spójność kwantowa może utrzymać pożądany stan przez kubistów. Dzięki Willow zrobiliśmy duży krok naprzód. Wydłużyliśmy czas koherencji kwantowej pięciokrotnie, z 20 mikrosekund w Sycamore do 100 mikrosekund w Willow. Udało nam się to wszystko osiągnąć bez poświęcania funkcji, dzięki którym nasze systemy są tak skuteczne. Postęp ten umożliwił nasz nowy, dedykowany zakład produkujący nadprzewodzące chipy kwantowe w Santa Barbara, jeden z niewielu na świecie. Widzimy także ekscytujący rozwój Willow, który przekroczył już udane występy Sycamore. Nasz kubit logiczny działa teraz poniżej krytycznego progu korekcji błędu kwantowego. Obliczenia kwantowe są od dawna pożądanym celem w tej dziedzinie, odkąd teoria została odkryta w latach dziewięćdziesiątych. Udało nam się to osiągnąć po raz pierwszy dzięki szybkiemu tłumieniu błędów Willowa w naszych kubitach logicznych w miarę zmniejszania się o połowę poziomu błędów. Każdorazowo dodajemy fizyczne kubity w skali odległości od 3 do 5 do 7 warstw powierzchniowych. Ponadto czas życia naszych kubitów logicznych jest teraz znacznie dłuższy niż czas życia wszystkich fizycznych kubitów, które je tworzą. Oznacza to, że nawet jeśli sprawimy, że nasze przesunięcia kwantowe będą większe i bardziej złożone, dodając więcej kubitów, w rzeczywistości będziemy mogli zastosować korekcję błędów kwantowych, aby poprawić ich dokładność. Porównaliśmy Willow z jednym z najpotężniejszych superkomputerów na świecie w teście porównawczym Random Circuit Sampling. Wyniki są dość zaskakujące w porównaniu z naszymi najlepszymi przypuszczeniami – obliczenia, które zajęły Willow mniej niż pięć minut, najszybszym superkomputerom zabrałyby od 10 do 25 lat. Jest to ten, za którym stoi 25 zer, czyli okres znacznie dłuższy niż wiek wszechświata. Wynik ten podkreśla szybko rosnącą różnicę między obliczeniami klasycznymi i kwantowymi w niektórych zastosowaniach. Porozmawiajmy o perspektywie sprzętowej. Jesteśmy pionierami Google Quantum AI, która umożliwia te rzeczy. Nasze zwrotne kubity i łączniki umożliwiają superszybkim bramkom i operacjom osiągnięcie niskiego poziomu błędów, są rekonfigurowalne w celu optymalizacji sprzętu i obsługi wielu aplikacji oraz zapewniają wysoką łączność w celu wydajnego wyrażania algorytmów. Korzystamy z tej możliwości dostrajania, aby zapewnić powtarzalną, wysoką wydajność na wszystkich urządzeniach. Jednym z wyzwań, które chcę wyjaśnić w przypadku kubitów nadprzewodzących, jest to, że nie wszystkie z nich są sobie równe; istnieją pewne wartości odstające o nienaturalnie wysokim tonie. Ale tutaj nasze wyszkolone ręce naprawdę błyszczą. Jesteśmy w stanie naprawić te zbędne kubity, rekonfigurując je tak, aby działały zgodnie z resztą urządzenia. Możemy pójść o krok dalej, wykorzystując dostrojone możliwości naszych badaczy do ciągłego opracowywania nowych strategii kalibracji, które minimalizują błędy we wszystkich kubitach za pomocą oprogramowania. Obliczmy to ilościowo i skupmy się na tym przez chwilę. W specyfikacji technicznej komputera kwantowego mamy liczbę połączeń kubitów, która jest średnią liczbą interakcji każdego kubitu z sąsiadami. Określamy ilościowo prawdopodobieństwo błędu dla wykonywania jednoczesnych operacji, pojedynczej bramki sześciennej, dwóch bramek sześciennych w pomiarze, czas koherencji mierzy, jak długo każdy kubit może przechowywać swoje informacje, mierzymy szybkość pomiaru na podstawie liczby obliczeń, które można wykonać na sekundę. Wyświetlacz aplikacji to kompletny system. Reper. Willow jest w słodkim miejscu na całej liście. Ma dużą liczbę kubitów z wysoką łącznością i może uruchamiać różnorodne aplikacje. Mierzymy niskie średnie poziomy błędów we wszystkich operacjach z wieloma pierwiastkami dwusześciennymi. Gdy już znacznie zwiększymy, mamy bardzo wysoką częstotliwość pomiaru, a Wilo znajduje się poniżej progu korekcji błędów i wykonuje losowe próbkowanie obwodu. Daleko wykraczające poza to, co jest możliwe w przypadku klasycznych komputerów, patrzących w przyszłość z Willow. Kontynuujemy naszą podróż w kierunku budowy wielkoskalowych i użytecznych komputerów kwantowych z korekcją błędów, które przesuną granice nauki i odkryć natury dzięki przyszłym komercyjnie użytecznym zastosowaniom w takich obszarach, jak farmaceutyka, baterie i energia termojądrowa. Naszą pasją jest rozwiązywanie jutrzejszych problemów, których w przeciwnym razie nie dałoby się rozwiązać.