Автор: Джулиан Келли, научный сотрудник лаборатории квантового ИИ Лаборатория квантового ИИ GoogleЦель состоит в том, чтобы создать квантовые компьютеры, которые можно использовать для решения реальных проблем. Наша стратегия заключается в изучении ближайших приложений с использованием систем, которые могут быть совместимы с крупными универсальными квантовыми компьютерами с исправлением ошибок. Для того чтобы квантовый процессор мог запускать алгоритмы, которые классические вычисления не могут смоделировать, большого количества кубитов недостаточно. Важно отметить, что процессор также должен обеспечивать низкий уровень ошибок при считывании и логических операциях, таких как вентили с одним или двумя кубитами.
Сегодня мы в Лос-Анджелесе
Американское физическое обществоНа ежегодном собрании был представлен новый квантовый процессор Google Bristlecone. Эта сверхпроводящая система на основе затвора предназначена для исследований
Технология кубитов СШАЧастота ошибок системы и масштабируемость и квантовая
моделирование,
оптимизацияи
машинное обучениеПриложение предоставляет испытательный стенд.
 |
| Bristlecone — новейший квантовый процессор Google (слева). Справа мультяшное изображение устройства: каждый «X» представляет собой кубит с соединением с ближайшим соседом. |
Руководящий принцип разработки этого устройства — сохранить физику, лежащую в основе нашей предыдущей технологии линейных массивов с 9 кубитами.
1,2, эта методика дала наилучшие результаты: частота ошибок 1% для считывания, частота ошибок 0,1% для вентилей с одним кубитом и, что наиболее важно, частота ошибок всего 0,6% для вентилей с двумя кубитами. В этом устройстве используется та же схема соединения, управления и считывания, но она была расширена до
Квадратный массив из 72 кубитов. Мы выбрали объект такого размера, чтобы обеспечить будущее
квантовое превосходство,использовать
поверхностный кодИсследуйте способы исправления ошибок первого и второго порядка и продвигайте разработку квантовых алгоритмов на реальном оборудовании.
 |
| Двумерная концептуальная диаграмма, показывающая взаимосвязь между частотой ошибок и количеством кубитов. Предполагаемое направление исследований Лаборатории квантового ИИ показано красным, следуя которому мы надеемся достичь ближайших целей применения и в конечном итоге создать практический квантовый компьютер с исправлением ошибок. |
Крайне важно количественно оценить возможности квантовых процессоров, прежде чем исследовать конкретные приложения. Наша теоретическая группа разработала инструмент бенчмаркинга специально для этой задачи. Применяя случайные квантовые схемы к устройству и исследуя выборочные выходные распределения в сравнении с классическим моделированием, мы можем определить отдельные систематические ошибки. Если квантовый процессор может работать с достаточно низкими ошибками, он может превзойти классические суперкомпьютеры в четко определенных задачах информатики, а именно в реализации
квантовое превосходство. И количество кубитов, и вычислительная длина (глубина) этих случайных схем должны быть достаточно большими. Хотя никто еще не достиг этой цели, мы подсчитали, что пока
Квантовое превосходство может быть достигнуто с 49 кубитами, глубиной схемы более 40 и частотой ошибок двухкубитных вентилей менее 0,5%. Мы думаем, что экспериментальная демонстрация квантовых процессоров, превосходящих суперкомпьютеры, станет переломным моментом в этой области и была одной из наших главных целей.
 |
| Марисса Джустина, научный сотрудник лаборатории квантового ИИ (Санта-Барбара), устанавливает чип Bristlecone. |
Наша цель — добиться почти наилучшего уровня ошибок для 9-кубитного устройства на всех 72 кубитах Bristlecone. Мы считаем, что Bristlecone станет привлекательным доказательством принципа для создания квантовых компьютеров большего масштаба. Работа такого устройства, как Bristlecone, с низкой систематической ошибкой требует координации всего стека технологий, от программного обеспечения, электронных устройств управления до самого процессора. Достижение этого требует тщательной системной инженерии в течение нескольких итераций.
Мы с осторожным оптимизмом смотрим на то, что квантовое превосходство может быть достигнуто с помощью Bristlecone, и считаем, что научиться создавать и эксплуатировать устройства с таким уровнем производительности — захватывающая задача! Мы с нетерпением ждем возможности поделиться с вами результатами исследований в будущем и дать возможность соавторам проводить эксперименты.