Η Google Quantum AI έχει επιδείξει σε υλικό μια λύση σε ένα από τα πιο επίμονα προβλήματα πόρων του κβαντικού υπολογιστή. Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στις 15 Οκτωβρίου στο περιοδικό Science, η ομάδα πίσω από τον επεξεργαστή Willow της Google αναφέρει ότι η "καλλιέργεια μαγικής κατάστασης" — μια τεχνική που προτάθηκε για πρώτη φορά στη θεωρία πριν από δύο χρόνια — λειτουργεί στην πράξη, μειώνοντας τα σφάλματα περίπου 40 φορές σε σύγκριση με τις ακαλλιέργητες καταστάσεις και παράγοντας καταστάσεις Τ με λογική πιστότητα ρεκόρ 99%.
Το αποτέλεσμα, που ανακοινώθηκε στο επίσημο blog της Google από την ερευνήτρια Emma Rosenfeld και τον μηχανικό κβαντικού λογισμικού Craig Gidney, σηματοδοτεί την πρώτη πειραματική απόδειξη ότι οι μαγικές καταστάσεις μπορούν να παραχθούν αποτελεσματικά σε πραγματικό κβαντικό υλικό. Αντιμετωπίζει ένα σημείο συμφόρησης που οι μηχανικοί εξαφανίζουν από τότε που οι ερευνητές το εντόπισαν για πρώτη φορά πριν από περισσότερες από δύο δεκαετίες. Για περισσότερα σχετικά με τις ανακαλύψεις στα σύνορα των υπολογιστών, ανατρέξτε στην [ερευνητική κάλυψη AI] (https://aibuzzwire.news).
Γιατί οι μαγικές πολιτείες έχουν σημασία
Ο καθολικός κβαντικός υπολογισμός - το είδος που μπορεί να τρέξει πραγματικά χρήσιμα προγράμματα - απαιτεί ένα συγκεκριμένο σύνολο κβαντικών λειτουργιών που υπερβαίνουν αυτά που μπορούν να εκτελέσουν εγγενώς τα qubits που έχουν διορθωθεί με σφάλματα. Η τυπική λύση είναι η προετοιμασία ειδικών καταστάσεων πόρων, γνωστών ως μαγικές καταστάσεις, που επιτρέπουν αυτές τις λειτουργίες. Το πρόβλημα είναι το κόστος: ορισμένες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι έως και το 95% της συνολικής χωρητικότητας ενός κβαντικού υπολογιστή θα μπορούσε να χρειαστεί να αφιερωθεί στην κατασκευή τους, αφήνοντας ελάχιστο χώρο για πραγματικούς υπολογισμούς. Οι μαγικές καταστάσεις είναι επίσης αναλώσιμες — αφού χρησιμοποιηθούν, δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν — γεγονός που τις καθιστά σπάνιες και δαπανηρές εισροές για κάθε μηχανή μεγάλης κλίμακας.
Το 2024, οι ερευνητές της Google Quantum AI Craig Gidney, Noah Shutty και Cody Jones ανέπτυξαν την προσέγγιση καλλιέργειας σε μια θεωρητική εργασία. Η ιδέα λειτουργεί σαν φίλτρο: μια θορυβώδης κατάσταση εγχέεται σε μια μικρή περιοχή του κβαντικού τσιπ, στη συνέχεια μια σειρά από εξαιρετικά συντονισμένες μετρήσεις ελέγχει για σφάλματα και απορρίπτει λανθασμένες προσπάθειες. Αυτό που επιβιώνει στη διαδικασία είναι μια εξαιρετικά καθαρή κβαντική κατάσταση χαμηλού σφάλματος που μπορεί ταυτόχρονα να προσαρμοστεί σε μια μεγαλύτερη, χρήσιμη κωδικοποίηση. Εάν δούλευε σε υλικό, θα μείωνε σημαντικά το μέγεθος του κβαντικού υπολογιστή που απαιτείται για πρακτικές εργασίες.
Από τη θεωρία στο υλικό
Για να λειτουργήσει το πρωτόκολλο στο Willow χρειάστηκε μια σειρά από μηχανολογικές καινοτομίες. Ένα επεισόδιο δείχνει τη δυσκολία. Όταν η ερευνήτρια Έμμα Ρόζενφελντ δοκίμασε για πρώτη φορά το πρωτόκολλο καλλιέργειας, τα δεδομένα της φάνηκαν να αψηφούν τους νόμους της φυσικής. Μετά από μήνες προσομοιώσεων, συζητήσεων και ελέγχων συνέπειας, η ομάδα εντόπισε την ανωμαλία σε μια εσφαλμένη υπόθεση στην τεχνική της μέτρησης: η μετατόπιση του ηλεκτρικού εξοπλισμού και η διακύμανση της θερμοκρασίας στο εργαστήριο παρεμβαίνουν στην εγκυρότητα του δείκτη αναφοράς.
Η επιδιόρθωση απαιτούσε αλλαγές τόσο από θεωρητική όσο και από τεχνική πλευρά. Η ομάδα πρόσθεσε επιπλέον έλεγχο στο σύστημα για να καταστείλει τον θόρυβο και εφηύρε μια νέα τεχνική συγκριτικής αξιολόγησης που χρησιμοποιεί την ίδια την καλλιέργεια ως εργαλείο μέτρησης - μια λύση που η εταιρεία λέει ότι καθιέρωσε μια νέα προηγμένη τεχνολογία στην κβαντική μετρολογία. Στο Willow, το εκλεπτυσμένο πρωτόκολλο πέτυχε περίπου 40 φορές μείωση των σφαλμάτων σε σχέση με τις μη-καλλιεργημένες καταστάσεις, με τις καταστάσεις Τ να φθάνουν στο 99,99% της λογικής πιστότητας.
Συμβατότητα με τον οδικό χάρτη διόρθωσης σφαλμάτων της Google
Η ομάδα έκανε επίσης τα πρώτα βήματα για να δείξει ότι η τεχνική ταιριάζει στην ευρύτερη αρχιτεκτονική ανοχής σφαλμάτων της Google. Η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων έρχεται σε διάφορες γεύσεις: "χρωματικοί κωδικοί", ένας νεότερος τύπος ιδανικός για καλλιέργεια και "κωδικοί επιφάνειας", η πιο καθιερωμένη μέθοδος που στηρίζει τον μακροπρόθεσμο οδικό χάρτη της Google. Οι ερευνητές επέδειξαν ένα πρωτόκολλο εμβολιασμού - που αναπτύχθηκε αρχικά στο θεωρητικό έγγραφο του 2024 - το οποίο αλλάζει μεταξύ των δύο, μεταφέροντας καθαρές καταστάσεις από έναν κωδικό χρώματος απόστασης-3 σε έναν κωδικό επιφάνειας απόστασης-5. Οι πολιτείες επέζησαν από τη μεταφορά, απόδειξη ότι η καλλιέργεια μπορεί να συνυπάρχει με τα σχήματα διόρθωσης σφαλμάτων που σχεδιάζει να κλιμακώσει η Google.
Τι παραμένει άλυτο
Η Google είναι προσεκτική σχετικά με τις επιφυλάξεις. Η καλλιέργεια μαγικής κατάστασης έχει αποδειχθεί σε μικρή κλίμακα. Η παρουσίασή του στην κλίμακα που απαιτείται για πρακτικούς κβαντικούς υπολογισμούς παραμένει μελλοντική δουλειά και σημαντικές τεχνικές προκλήσεις βρίσκονται μεταξύ του τρέχοντος αποτελέσματος και μιας εμπορικά χρήσιμης μηχανής. Η εταιρεία πλαισιώνει το αποτέλεσμα ως μετατροπή «μιας βασικής θεωρητικής ιδέας σε μια πειραματικά αποδεδειγμένη πραγματικότητα» στο μονοπάτι προς τον δεδηλωμένο στόχο της για έναν χρήσιμο, διορθωμένο με σφάλματα κβαντικό υπολογιστή.
Η πρακτική σημασία αφορά τους προϋπολογισμούς πόρων. Εάν οι μαγικές καταστάσεις υψηλής ποιότητας μπορούν να καλλιεργηθούν φθηνά αντί να κατασκευάζονται μέσω κυρίαρχων γενικών εξόδων, οι απαιτήσεις υλικού για την εκτέλεση αλγορίθμων όπως η ρουτίνα του Shor's factoring ή οι πολύπλοκες προσομοιώσεις κβαντικής χημείας συρρικνώνονται ανάλογα. Μια 40πλάσια μείωση σφαλμάτων στις ενώσεις σταδίου μαγικής κατάστασης σε κάθε τέτοια λειτουργία που εκτελεί ένα μηχάνημα.
Η μεγαλύτερη εικόνα
Το αποτέλεσμα έρχεται εν μέσω εντεινόμενου ανταγωνισμού σε κβαντικό υλικό, με τις IBM, Quantinuum και ακαδημαϊκούς ομίλους να επιδιώκουν όλες μηχανές που διορθώνονται με σφάλματα, και με τη δημιουργία τεχνητής νοημοσύνης της ευρύτερης τεχνολογικής βιομηχανίας να συγκεντρώνει τα περισσότερα πρωτοσέλιδα και κεφάλαιο. Η κβαντική πρόοδος είναι πιο αργή και λιγότερο προβλέψιμη, αλλά ορόσημα όπως αυτό - μια θεωρητική συμφόρηση δύο δεκαετιών που ξεκαθαρίστηκε στο υλικό παραγωγής, που δημοσιεύτηκε με αναπαραγόμενους αριθμούς πιστότητας σε ένα περιοδικό με κριτές - είναι το είδος του σύνθετου βήματος που επαναφέρει αθόρυβα τα χρονοδιαγράμματα.
Για τους παρατηρητές τεχνητής νοημοσύνης, υπάρχει επίσης μια εφαπτομενική συνάφεια: μεγάλο μέρος των εργαλείων αλγοριθμικών και συστημάτων ελέγχου στα σύγχρονα κβαντικά εργαστήρια βασίζεται όλο και περισσότερο στη μηχανική μάθηση για τη βαθμονόμηση και την αποκωδικοποίηση σφαλμάτων, ένα μικρό αλλά αυξανόμενο παράδειγμα τεχνητής νοημοσύνης που επιταχύνει παρακείμενα επιστημονικά πεδία.
---
Μείνετε μπροστά από την τεχνητή νοημοσύνηΛάβετε τα πιο πρόσφατα νέα, αναλύσεις και ανακαλύψεις για την τεχνητή νοημοσύνη — όλα σε ένα μέρος.
Διαβάστε περισσότερα νέα AI →
