Корекцията на грешките в квантовия компютър може да означава обработка

Корекцията на грешките в квантовия компютър може да значи обработка на 100 TB данни всяка секунда.

Едно от най-забележителните неща, свързани с квантовите калкулации, е, че макар че не се е потвърдила като изключително потребна, тази област към този момент е основала сбирка от започващи компании, които се концентрират върху основаването на нещо друго от кубитите. Може би е елементарно да се отхвърли това като блян към опортюнизъм – опит за печелене на пари от шумотевицата към квантовите калкулации. Но може да се окаже извънредно потребно да се прегледат нещата, към които се насочват тези стартъпи, защото те могат да бъдат индикация за сложните проблеми в региона на квантовите калкулации, които към момента не са решени от някоя от огромните компании, участващи в тази област – компании като Amazon, Гугъл, IBM и Intel.

В случая на основаната в Обединеното кралство компания Riverlane нерешената част, която се преглежда, е голямото количество типичен калкулации, които ще бъдат нужни за действието на квантовия хардуер. По-конкретно, тя е ориентирана към голямото количество обработка на данни, което ще бъде належащо за основната част от квантовата промяна на грешките: различаване на зародила неточност.

Откриването на грешките

Всички кубити са нестабилни и са склонни да губят положението си по време на работата или просто с течение на времето. Независимо от технологията – студени атоми, свръхпроводящи трансмони, каквото и да е – тези проценти на грешките слагат корав предел на размера на изчисленията, които могат да бъдат осъществени, преди грешката да е станала прекомерно огромна. Това изключва осъществяването на съвсем всевъзможни потребни калкулации непосредствено върху в този момент съществуващите хардуерни кубити.

Общоприетото решение на този проблем е да се работи с по този начин наречените логичен кубити. Те включват свързване на голям брой хардуерни кубити дружно и разпределение на квантовата информация сред тях. Допълнителните хардуерни кубити се свързват по подобен метод, че да могат да се измерят, с цел да се следят грешките, засягащи данните, което разрешава те да бъдат поправени. За основаването на един логичен кубит са нужни десетки хардуерни кубити, което значи, че даже най-големите съществуващи системи могат да поддържат единствено към 50 надеждни логичен кубита.

Основателят и основен изпълнителен шеф на Riverlane, Стив Бриърли, съобщи пред изданието Ars, че коригирането на грешките не натоварва само хардуерния кубит, а и класическата част на системата. Всяко от измерванията на кубитите, употребявани за наблюдаване на системата, би трябвало да бъде обработено, с цел да се открият и интерпретират възможните неточности. Необходими са почти 100 логичен кубита, с цел да се създадат някои от най-простите и забавни калкулации, което значи наблюдаване на хиляди хардуерни кубити. Извършването на по-сложни калкулации може да значи хиляди логичен кубити.

Тези данни за промяна на грешките (наричани в тази област синдромни данни) би трябвало да се прочитат сред всяка интервенция, което основава доста данни.

„ При мащаб от към стотина терабайта в секунда “, споделя Бриърли. „ При един милион физически кубита ще обработваме към 100 терабайта в секунда, колкото е световният стрийминг на Netflix “.

Освен това всичко би трябвало да се обработва в действително време, тъй като в противоположен случай изчисленията ще се забавят в очакване на корекцията на грешките. За да се избегне това, грешките би трябвало да се откриват в действително време. При кубитите, основани на трансмони, данните за тях се генерират почти на всяка микросекунда, тъй че действително време значи да се завърши обработката на данните – евентуално терабайти от тях – с периодичност към един мегахерц. Riverlane е основана, с цел да обезпечи хардуера, който е в положение да се оправи с това.

Обработката на данните

Разработената от компанията система е разказана в публикация, оповестена в arXiv. Тя е предопределена за обработка на синдромните данни, откакто различен хардуер към този момент е преобразувал аналоговите сигнали в цифрова форма. Това разрешава на хардуера на Riverlane да стои отвън нискотемпературния хардуер, който е нужен за някои форми на физически кубити.

Тези данни се обработват посредством логаритъм, наименуван в документа „ декодер за клъстериране на сблъсъците„, който се оправя с откриването на грешките. За да показват успеваемостта му, те го ползват въз основата на характерен полеви програмируем матричен масив на Xilinx, където той заема единствено към 5% от чипа, само че може да обработва логичен кубит, построен от близо 900 хардуерни кубита (в случая симулирани).

Компанията показва и персонализиран чип, който се оправя с още по-голям логичен кубит, като в това време той заема единствено дребна част от квадратния милиметър и употребява единствено 8 миливата сила.

И двете версии са тясно специализирани; те просто подават информация за грешките, по която да работят другите детайли на системата. Така че това е извънредно целево решение. Но то е и много гъвкаво, защото работи с разнообразни кодове за промяна на грешките. От решаващо значение е, че то се интегрира и със системите, предопределени за надзор на кубита, учредени на напълно друга физика, в това число студени атоми, уловени йони и трансмони.

„ Мисля, че първоначално това беше една дребна главоблъсканица “, споделя Бриърли. „ Имате всички тези разнообразни типове физика и по какъв начин тогава ще създадем всичко това? “

Оказа се, че това не е огромно предизвикателство.

„ Един от нашите инженери беше в Оксфорд и работеше със свръхпроводящи кубити, а следобяд се занимаваше с кубитите в стоманен капан. Той се върна в Кеймбридж и беше доста разчувствуван. Той сподели: „ Те употребяват същата ръководеща електроника “.

Оказва се, че без значение от физиката, обвързвана с ръководството на кубитите, всички са взели назаем еднакъв хардуер от друга област (Бриърли сподели, че това е радиочестотната система върху чип на Xilinx, основана за прототипиране на 5G базови станции). Това прави относително елементарно консолидираното на персонализирания хардуер на Riverlane с другите системи.

Какво следва

Но във вторник компанията разгласи своята пътна карта, която ще разреши бързото мащабиране на този чип.

„ В момента разполагаме с един [квантов] чип за промяна на грешките, който поддържа един логичен кубит с до хиляда физически кубита “, сподели Бриърли пред Ars. „ Следващото потомство ще поддържа 10 000 физически кубита. А това е огромно предизвикателство – има доста инженерна работа. Това ни води до първото потомство квантови компютри с промяна на грешките. “ Оттук нататък компанията чака да продължи да усилва потенциала с 10 пъти на всеки 12 до 18 месеца “,

каза още той.

В публикацията в ArXiv също по този начин се отбелязва, че понастоящем логаритъмът помни целия поток от данни, само че в последна сметка ще би трябвало да бъде модифициран, с цел да „ не помни “ по-старите данни и да работи единствено върху по-тесен прозорец от време. Но системата е проектирана по този начин, че обособените функционални единици да могат да се комбинират на една единствена матрица (Бриърли ги назовава просто „ чиплети„ ), а когато сложността стане задоволително висока, могат да се комбинират няколко матрици, които в действителност са полупроводникови кристали.. Бриърли споделя, че логаритъмът може да се работи редом върху еднакъв поток от данни, стига да има известно времево припокриване сред сигналите, които другите чиплети обработват.

И още веднъж, ползата на Riverlane към тази област идва от обстоятелството, че това са проблеми, които всички в региона на квантовите калкулации ще би трябвало да решат, с цел да продължат напред с кубитите с промяна на грешките. И, както признава Бриърли, нищо не ги стопира да основат свое лично решение. Но той разказва мощната си персонална мотивация да желае да види този проблем решен:

„ Бях водил лекция на една конференция за нов [квантов] логаритъм, който бях създал, и бях доста горделив с това ново достижение. В аудиторията се организира анкета кой счита, че ще има в действителност потребен квантов компютър след пет, 10, петнадесет години. И към една трета от аудиторията гласоподава за „ в никакъв случай “ – в никакъв случай няма да има потребен квантов компютър. И аз бях малко шокиран. Помислих си: „ Е, аз преди малко изобретих логаритъм за компютър, който в никакъв случай няма да съществува “.