Även om kvantdatorer har sett enorma förbättringar i sin skala, kvalitet och hastighet under de senaste åren, tycks kvantfelsreducering, den kontinuerliga vägen från dagens kvanthårdvara till framtida feltoleranta kvantdatorer “saknas i berättelsen”, enligt IBM. .
I nyligen släppt forskning noterar företaget att det första steget och det slutliga målet är att bygga en stor feltolerant kvantprocessor “innan någon av kvantalgoritmerna med beprövad superpolynomhastighet kan implementeras.”
De senaste framstegen inom tekniker som i stort sett kallas kvantfelsreducering möjliggör en smidigare väg mot detta mål.
SE: Quantum computing: A cheat sheet (TechRepublic)
“Längs den här vägen översätts framsteg inom qubit-koherens, gate-trohet och hastighet omedelbart till mätbara fördelar i beräkningar, liknande de stadiga framsteg som historiskt sett har observerats med klassiska datorer”, skrev företaget i en blogg på tisdagen. “Det ultimata lackmustestet för praktisk kvantberäkning är att ge en fördel gentemot klassiska metoder för ett användbart problem. En sådan fördel kan ta många former, den mest framträdande är en avsevärd förbättring av en kvantalgoritms körtid jämfört med de bästa klassiska metoderna.”
Mer om innovation
Detta kommer att kräva att algoritmen har en effektiv representation som kvantkretsar, vilket kräver att man tar upp två frågor. Den första är att ta reda på vilka problem som kan mappas till kvantkretsar som har lösningar som är bättre än klassiska tillvägagångssätt.
Det andra är att bestämma hur tillförlitliga resultat kan erhållas för dessa kretsar på kvanthårdvara med en snabbare körtid.
För att ta itu med den första frågan sa IBM att de arbetar med samhället och branschexperter för att hitta problem som är lösbara med kvantkretsar som är kända för att vara svåra att simulera klassiskt. Redan gör det det genom sitt IBM Quantum Network, som består av Fortune 500-företag, akademiska institutioner, nationella enheter, nystartade företag och Qiskit-gemenskapen för att utforska problemområdet med kvantkretsar för att driva verklig tillämpning och värde.
Att ta itu med den andra frågan i praktiken är mer av en utmaning. Aktuell kvanthårdvara är föremål för olika bruskällor, de mest kända är qubit-dekoherens, individuella grindfel och mätfel, enligt IBM.
“Dessa fel begränsar djupet av kvantkretsen som vi kan implementera,” sa IBM. “Men även för grunda kretsar kan brus leda till felaktiga uppskattningar. Lyckligtvis ger kvantfelsreducering en samling verktyg och metoder som gör att vi kan utvärdera exakta förväntningsvärden från bullriga kvantkretsar med grunt djup, även innan feltoleransen införs.”
IBMs rekommenderade verktyg och tekniker
Felbegränsning
Probabilistisk felavstängning är en “hemlig såsteknik” som används för att effektivt invertera brusiga kretsar för att få felfria resultat, även om kretsarna i sig är bullriga.
Skala
År 2021 presenterade IBM 127-qubit Eagle-processorn, den första kvantprocessorn som klarar av kvantkretsar som inte kan simuleras klassiskt.
Detaljerad i den utökade kvantfärdplanen som presenterades i maj, är antalet qubits i dess system på väg att nå 4 000+ år 2023. De milstolpar som har kartlagts för att öka kraften, kvaliteten och tillgängligheten för kvanthårdvara och mjukvara kommer att fungera som grund för kvantfördelar.
Hårdvaruförbättringar
Även efter att större processorer har avslöjats, fortsätter företaget att förbättra sin prestanda vid sitt forskningshögkvarter i Yorktown Heights, NY.
En av dessa förbättringar är qubitarnas koherens. IBM sa att det har mer än fördubblat koherenstiderna på sina 65-qubit-chips sedan de presenterades 2020, och varje förbättring minskar ytterligare felen i kvantkretsarna.
Dessa faktorer samverkar exponentiellt och förstorar varandras effekter.
“Tillsammans betyder allt ovanstående allt större kvantdatorer med allt lägre felfrekvens”, skrev IBM. “Och detta sätter oss på en bana där vi kan leverera kvantdatorer som kan konkurrera ut klassiska datorer – utföra beräkningar snabbare, bättre och mer effektivt.”
Processorförbättringar
Företaget noterade också att dessa idéer går utöver teori och tjänstemän har redan börjat visa effektiviteten av felreducering på stora processorer.
Vägen till kvantfördelar kommer att drivas av förbättringar i kvantsystems kvalitet och hastighet när deras skala växer för att tackla allt mer komplexa kretsar, sa IBM. Redan har den introducerat ett mått för att kvantifiera kvantsystems hastighet – CLOPs – och demonstrerat en 120x minskning av körtiden för en molekylär simulering.
“Koherenstiderna för våra transmon-qubits översteg 1 ms, en otrolig milstolpe för supraledande qubit-teknik”, sa IBM. “Sedan dess har dessa förbättringar utvidgats till våra största processorer, och våra 65-qubit Hummingbird-processorer har sett en 2-3 gångers förbättring i koherens, vilket ytterligare möjliggör högre trohetsportar.”
I sin senaste Falcon r10-processor, IBM Prag, sjönk två-qubit-grindfel under 0,1%, vilket IBM sa var “ännu en nyhet för supraledande kvantteknologi, vilket gör att denna processor kan demonstrera två steg i Quantum Volume på 256 och 512.”
Håll kontakten med oss på sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka här för att gå med i vår Twitter och Facebook
