Oto Bristlecone – 72-kubitowy procesor kwantowy Google

Na corocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (American Physical Society) w Los Angeles przedstawiciele Google'a zaprezentowali Bristlecone: nowy, 72-kubitowy procesor kwantowy ogólnego zastosowania. Nowy układ charakteryzuje się znacznie poprawionym, niższym od poprzednich konstrukcji poziomem błędów i ma być istotnym elementem arsenału Google'a w walce o kwantową supremację.

Google tym samym dołączył do trzech pozostałych gigantów świata technologii pracujących nad obliczeniami kwantowymi oraz sprzętem, który mógłby takie obliczenia realizować. Mowa o IBM, Intelu oraz Microsofcie. Więcej na temat tych rozwiązań przeczytacie w naszym okładkowym artykule pt. „Stany kwantowe komputera”.

Wróćmy jednak do Google’a i jego 72-kubitowego Bristlecone. Google pracuje nad rozwiązaniami dotyczącymi obliczeń kwantowych co najmniej od 2014 roku, kiedy to w swoich strukturach uformowało odrębną jednostkę o nazwie Google Quantum AI Lab. Celem tej komórki jest zbudowanie komputera kwantowego, który może być wykorzystywany do rozwiązywania szerokiego spektrum rzeczywistych problemów. Bristlecone jest znaczącym krokiem na drodze ku zbudowaniu takiego urządzenia i osiągnięciu tak zwanej „kwantowej supremacji”.

Czym jest owa „kwantowa supremacja”? W skrócie chodzi o zbudowanie komputera kwantowego, którego wydajność obliczeniowa w zadaniach ogólnego zastosowania będzie znacznie wyższa od najszybszego klasycznego komputera na świecie. Jak wyłuszczył to w swoim artykule Marek Gardziński, problem z kwantowymi układami obliczeniowymi i w ogóle z przeprowadzaniem jakichkolwiek działań obliczeniowych na poziomie kwantowym jest taki, że aby uzyskać wynik konkretnego działania, trzeba zachować koherencję (czyli stabilność stanów kwantowych) na tyle długo, by możliwy był odczyt wyniku działania algorytmu uruchomionego w systemie kwantowym.

Google Bristlecone
Po lewej Bristlecone: nowy procesor kwantowy Google’a, po prawej uproszczony schemat połączeń, każdy „X” reprezentuje kubit (fot. Google Research Blog).

Julian Kelly, naukowiec pracujący w Google Quantum AI Lab, w swoim wpisie na oficjalnym blogu badawczym Google wyjaśnia, że celem Quantum AI Lab jest zbudowanie skalowalnego komputera kwantowego. Kelly dodaje, że aby procesor kwantowy mógł uruchamiać algorytmy wykraczające poza ramy klasycznych symulacji (czyli pisząc wprost: jakiekolwiek algorytmy ogólnego zastosowania), wymagana jest nie tylko duża liczba kubitów, ale przede wszystkim niski poziom błędów odczytu, czy błędów operacji logicznych na bramkach jedno- i dwu-kubitowych.

Bristlecone jest systemem zbudowanym na materiałach nadprzewodzących, ma on być platformą testową do dalszych badań nad obniżeniem stopy błędów i zwiększeniem skalowalności kwantowej technologii opracowanej przez Google’a. Naukowcy liczą, że Bristlecone będzie użyteczny również do prowadzenia symulacji kwantowych czy w uczeniu maszynowym. Bristlecone jest układem opartym na wcześniej wypracowanej 9-kubitowej macierzy liniowej. Dla tej macierzy Google uzyskało ogólną stopę błędów na poziomie 1 procenta, a dla bramek z pojedynczym i podwójnym kubitem odpowiednio 0,1% i 0,6%. Bristlecone dziedziczy schemat łączenia z tej macierzy, a przy tym daje możliwość operowania na znacznie większej liczbie kubitów. Naukowcy wierzą, że również w jego przypadku uda się uzyskać odpowiednio niską stopę błędów, co w połączeniu z wydajnością obliczeń kwantowych pozwoli dokonać olbrzymiego skoku obliczeniowego.

Według obliczeń badaczy z Google’a supremację kwantową można uzyskać już za pomocą kwantowego komputera 49-kubitowego, pod warunkiem że poziom błędów na dwukubitowych bramkach będzie niższy od 0,5 proc. Dotychczas nie udało się to nikomu na świecie. Cel jest jednak jasny – pytanie, kto będzie pierwszy? | CHIP