Το κβαντικό υπολογιστικό τσιπ Willow της Google έχει 105 φυσικά qubits κατασκευασμένα από υπεραγώγιμα «transmons», μια τεχνολογία που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά το 2007 στο Πανεπιστήμιο Yale.
Οι επιστήμονες κβαντικών υπολογιστών της Google αυτό το μήνα επέδειξαν ανακαλύψεις στον τομέα που ενισχύουν την αίσθηση ότι ο κβαντικός υπολογισμός είναι πραγματικός και θα μπορούσε να βρει τη θέση του ανάμεσα σε άλλους τύπους υπολογιστών ως πολύτιμος πόρος.
Αλλά μένουν πολλά να γίνουν: το τελευταίο κβαντικό τσιπ της Google, που ονομάζεται Willow, που κατασκευάστηκε στο ερευνητικό κέντρο της Santa Barbara, είναι ένα τσιπ μνήμης. Στην πραγματικότητα δεν χειρίζεται καμία λειτουργία, απλώς αποθηκεύει το bit για ανάγνωση. Κάνοντας οτιδήποτε με αυτό θα απαιτούσε πολλή δουλειά για την ανάπτυξη των λογικών κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν τα “qubits” που αποτελούν το τσιπ.
Επίσης: Το Agentic AI είναι η κύρια στρατηγική τάση τεχνολογίας του 2025.
Η θεμελιώδης ανακάλυψη, όπως εξηγείται στο περιοδικό Nature (το οποίο δημοσίευσε την πρώιμη ερευνητική εργασία της Google), είναι να δείξει ότι τα σφάλματα qubit μπορούν να μειωθούν σε ένα επίπεδο κάτω από το επίπεδο θορύβου, που ονομάζεται όριο, και – όταν συμβεί αυτό – το μηχάνημα θα σε θέση να αναπαραστήσει αξιόπιστα τις πληροφορίες δηλαδή, να τις παρουσιάσει με ένα αποδεκτό επίπεδο σφάλματος.
Για να το κατανοήσουμε αυτό, ας εξετάσουμε τις βασικές αρχές του σύγχρονου κβαντικού εξοπλισμού. Για τη δημιουργία οποιουδήποτε κβαντικού «bit» πληροφοριών, είναι απαραίτητο να συνδυαστούν αρκετές φυσικός κβαντικά bit ή qubits, τα οποία μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά. Το Willow της Google αποτελεί συνέχεια του περσινού τσιπ Google Sycamore και και τα δύο χρησιμοποιούν μια υπεραγώγιμη μορφή πυκνωτή που ψύχεται πολύ κάτω από το μηδέν που ονομάζεται “Transmon”, που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο Yale πριν από 20 χρόνια.
Χρησιμοποιώντας Transmons ή άλλες μορφές φυσικών qubits, ερευνητές από πολλά ιδρύματα, όχι μόνο από την Google, έχουν σημειώσει πρόοδο εδώ και χρόνια στο να συνδυάζουν πολλαπλά qubits σε ένα μόνο “λογικό” qubit. Ένα φυσικό qubit διαρκεί μόνο δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, επομένως η διάρκεια ζωής του δεν είναι αρκετά μεγάλη ώστε το κύκλωμα «αποκωδικοποιητή» της κβαντικής μηχανής να διαβάσει τις πληροφορίες του.
Ένα λογικό qubit, το οποίο είναι στην πραγματικότητα το άθροισμα όλων των φυσικών qubit, μπορεί να υπάρχει αρκετό καιρό (διπλάσιο από ένα φυσικό qubit) ώστε η τιμή του να διαβαστεί και επομένως να χρησιμοποιηθεί.
Η πρόκληση ήταν να καταστείλουμε τα σφάλματα που προκαλούνται από πολλαπλά qubit που επηρεάζονται από τον περιβαλλοντικό θόρυβο. Πολύς θόρυβος και το λογικό qubit γίνεται άχρηστο. Η διόρθωση σφαλμάτων διαφόρων ειδών βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και πολλά χρόνια, αλλά η ανακάλυψη της Google είναι η πρώτη που μείωσε τα μεμονωμένα σφάλματα σε φυσικά qubits κάτω από το επίπεδο που απαιτείται για τη δημιουργία ενός λειτουργικού λογικού qubit – το επίπεδο κατωφλίου.
Βασικά στατιστικά στοιχεία για το κβαντικό τσιπ Willow της Google.
Το κλειδί για το τσιπ Willow της Google, το οποίο αυξάνει τον αριθμό των φυσικών qubits σε 105, είναι οι διάφορες φυσικές αλλαγές στην κατασκευή του τσιπ που έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλότερο θόρυβο σε κάθε φυσικό qubit. Ως αποτέλεσμα, «κάθε φορά που η απόσταση του κώδικα αυξάνεται κατά δύο, το λογικό σφάλμα ανά κύκλο μειώνεται περισσότερο από το μισό», όπως γράφουν ο επικεφαλής συγγραφέας της Google, Rajeev Acharya και οι συνεργάτες του.
Αυτό είναι ενδιαφέρον γιατί είναι δυνατό να δημιουργηθούν αξιόπιστα λογικά qubits. λεπιδωτός; Δηλαδή, μπορούν να προστεθούν όλο και περισσότερα φυσικά qubit διατηρώντας το επίπεδο θορύβου κάτω από ένα επίπεδο κατωφλίου, με αποτέλεσμα ένα προβλέψιμα αξιόπιστο λογικό qubit.
Επίσης: Quantum Buyer’s Guide: Qubits προς ενοικίαση
Γιατί έχει σημασία: Η κλιμάκωση είναι μια θεμελιώδης ανακάλυψη στα παραδοσιακά τσιπ υπολογιστών, η ικανότητα να συναρμολογούνται δισεκατομμύρια τρανζίστορ σε ένα τετράγωνο πυριτίου για τη δημιουργία ολοένα και πιο ισχυρών κυκλωμάτων. Εάν τώρα μπορείτε να κλιμακώσετε αξιόπιστα τα φυσικά qubit, μπορείτε να δείτε μια διαδρομή για τη δημιουργία λογικών κυκλωμάτων qubit με τον ίδιο τρόπο, με αυξημένη ισχύ και απόδοση.
Η κάλυψη της Google για το Willow in Nature και το αντίπαλό της περιοδικό Science ανέφερε πολλούς ειδικούς στον τομέα. Σύμφωνα με το άρθρο του Nature, όλοι συμφωνούν ότι πρόκειται για «μια πραγματικά αξιοσημείωτη ανακάλυψη».
Ωστόσο, αξίζει να θυμηθούμε πόση δουλειά απομένει να γίνει. Πρώτον, η επίτευξη του ορίου σφάλματος δεν σημαίνει ότι η εργασία μείωσης σφαλμάτων έχει ολοκληρωθεί. Όπως επισημαίνουν ο Acharya και η ομάδα του, στην πράξη, η κλιμάκωση του ποσοστού σφάλματος θα πρέπει τώρα να επιτυγχάνει πολύ υψηλότερα επίπεδα ακρίβειας για λογικά qubits.
Επίσης: Τι είναι ο κβαντικός υπολογισμός σήμερα; Πώς, γιατί και πότε συμβαίνει μια αλλαγή παραδείγματος;
«Οι τάξεις μεγέθους παραμένουν μεταξύ του τρέχοντος επιπέδου λογικών σφαλμάτων και των απαιτήσεων για πρακτικούς κβαντικούς υπολογισμούς», γράφουν. Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχουν “γεγονότα υψηλής ενεργειακής επίδρασης” στο περιβάλλον που συμβαίνουν “περίπου μία φορά κάθε δέκα δευτερόλεπτα” που διαταράσσουν την αξιόπιστη, χωρίς σφάλματα λειτουργία ενός λογικού qubit.
Με άλλα λόγια, το γεγονός ότι τα λογικά qubits μπορούν να κλιμακωθούν, ενώ είναι μια σημαντική ανακάλυψη, σημαίνει απλώς ότι οι ερευνητές έχουν τώρα πολύ δρόμο να διανύσουν για να ολοκληρώσουν πραγματικά αυτήν την κλίμακα, τόσο με μεγαλύτερα τσιπ (περισσότερα transmons) όσο και καλύτερες μεθόδους ανίχνευσης και μετριασμού των επιπτώσεων των λογικών qubits. λάθη. Η Google λέει ότι έχει ένα σχέδιο για να το πετύχει αυτό.
Ο οδικός χάρτης Quantum Computing της Google.
Εκτός από το ζήτημα της κλιμάκωσης, υπάρχει ένας περιορισμός στον τρέχοντα τύπο συσκευής: δεν είναι ακόμη τσιπ υπολογιστή.
Το λογικό qubit του Willow είναι ισοδύναμο με έναν πυκνωτή: αποθηκεύει λίγο. Δεν κάνει τίποτα με αυτό το κομμάτι—ακόμα. Είναι απλώς μια μνήμη για την αποθήκευση πληροφοριών. Για να εκτελέσετε μια πράξη, θα πρέπει να επεκταθεί σε συνδυασμούς πολλαπλών λογικών qubits που συνδέονται για να σχηματίσουν λογικές πράξεις όπως πρόσθεση και πολλαπλασιασμό. (Η πραγματική μορφή λογικών λειτουργιών για έναν κβαντικό επεξεργαστή μπορεί να είναι πολύ πιο συγκεχυμένη, αλλά καταλαβαίνετε.)
Επίσης: Τι είναι ο κβαντικός υπολογισμός; Όλα όσα πρέπει να ξέρετε για τον παράξενο κόσμο των κβαντικών υπολογιστών
Όπως είπε ο John Preskill, ένας θεωρητικός φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Pasadena, στον David Castelvecchi του Nature, «Θέλουμε να κάνουμε ασφαλείς λειτουργίες σε qubits, όχι μόνο στη μνήμη». Ο μακροχρόνιος στόχος της ομάδας της Google για την πραγματοποίηση λειτουργιών σε πραγματικό κόσμο είναι να έχει εκατομμύρια qubits chip, δηλαδή ένα εκατομμύριο φυσικά qubits, έτσι ώστε να υπάρχουν αρκετά λογικά qubits που μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν πραγματικά κυκλώματα για πραγματικούς υπολογιστές.
Για να φτάσουμε από εδώ στο πραγματικό σχέδια — Οι συλλογές λογικών qubits που κάνουν κάτι είναι πολύ μακρύς, τόσο για το πραγματικό τσιπ όσο και για το λογισμικό που τελικά θα δημιουργήσει λειτουργικούς κβαντικούς υπολογιστές. Η σημερινή C++ και η Python μάλλον δεν θα είναι αρκετά.
Αυτό είναι σίγουρα μια σημαντική ανακάλυψη, απλά θυμηθείτε όλη τη δουλειά που έχετε μπροστά σας.
