Google twierdzi, że właśnie przełamał jedno z największych wąskich gardeł informatyki kwantowej

Google twierdzi, że przekształciło jeden z najbardziej obiecujących teoretycznych trików informatyki kwantowej w coś, co faktycznie działa na chipie.

W artykule opublikowanym w Science w czwartek zespół Quantum AI firmy pokazał, że technika zwana hodowlą stanów magicznych zmniejszyła błędy około 40 razy na jej procesorze Willow.

Obniżenie kosztów budowy komputerów kwantowych ma znaczenie daleko wykraczające poza laboratoria fizyczne, ponieważ przybliża dzień, w którym wykonają one użyteczną pracę, taką jak projektowanie leków i nowych materiałów, a także dzień, w którym ktoś mógłby złamać szyfrowanie chroniące loginy bankowe i portfele Bitcoin.

Komputery kwantowe działają na kubitach — bitach kwantowych, które mogą jednocześnie przechowywać kombinację 0 i 1, co pozwala im równolegle badać wiele odpowiedzi. Są one również absurdalnie delikatne: odrobina ciepła lub szumu elektrycznego może odwrócić kubit i zepsuć obliczenia, dlatego cała branża jest obsesyjnie skupiona na korekcji błędów (rozproszeniu jednej porcji informacji na wiele kubitów, aby błędy mogły być wykryte i naprawione).

Korekcja błędów dobrze radzi sobie z prostymi operacjami, ale naprawdę użyteczny program potrzebuje również klasy trudniejszych operacji, których nie można chronić w ten sam sposób. Aby je wykonać, maszyna musi najpierw wytworzyć stany magiczne, które działają jak jednorazowe ogniwa paliwowe dla tych operacji: każde z nich zostaje zużyte w momencie użycia.

Produkowanie czystych stanów magicznych zawsze było brutalnie kosztowne. Według niektórych szacunków koszt ten sięga nawet 95% całkowitej wydajności komputera kwantowego, jak podaje Google, pozostawiając bardzo niewiele miejsca na rzeczywiste obliczenia.

Fizycy Sergei Bravyi i Alexei Kitaev przedstawili standardowe rozwiązanie w 2004 roku za pomocą destylacji stanów magicznych, która pobiera wiele zaszumionych stanów magicznych i przekształca je w kilka czystych. To działa, ale wymaga rozległych „fabryk” kubitów, które nie robią nic innego.

BitcoinBTC · USD

$82,425+0.86%

Oct 8Oct 10Oct 12Oct 14Oct 15

$84.2k$82.9k$81.5k$80.2k

24h HighHigh$82,508

24h LowLow$79,806

VolVol$1.8B

Prognozy rynkoweKursy według Myriad

W tym tygodniuPowyżej $82,000Powyżej $82k60% szansy

→

Kup Bitcoin za USDT

Obsługiwane przez Jupiter

Dane cenowe dostarczone przez CoinGeckoCoinGeckoWięcej Bitcoin wiadomości i prognoz →

W 2024 roku badacze Google zaproponowali tańszą metodę, którą nazwali hodowlą stanów magicznych. Zamiast fabryki, technika ta działa jak filtr: wstrzykuje surowy stan magiczny do niewielkiego fragmentu chipa, a następnie uruchamia na nim łańcuch kontroli, odrzuca każdą próbę z wykrytą wadą i pozwala rosnąć tym, które przetrwały. W swojej pracy posunęli się nawet do sugestii, że dalsza destylacja „może nigdy nie być potrzebna w praktyce”.

„Na procesorze Willow firmy Google Quantum AI nasz protokół osiągnął niezwykłe 40-krotne zmniejszenie błędów w stosunku do stanów niehodowanych. A uzyskaliśmy stany T z rekordową wiernością logiczną na poziomie 99,99%” – powiedział Google.

Tylko około 8% prób przeszło wszystkie kontrole, co oznacza, że chip odrzuca więcej niż dziewięć na dziesięć prób, aby utrzymać jeden czysty stan.

Hodowanie to jeden z trików stojących za szacunkiem Gidneya z 2025 roku, że szyfrowanie RSA-2048 można złamać za pomocą mniej niż miliona zaszumionych kubitów, co stanowi 20-krotny spadek w porównaniu z 20 milionami, które szacował w 2019 roku. Do tego eksperymentu hodowanie było testowane jedynie w teorii i symulacjach komputerowych.

Google dalej dokręcał śrubę w marcu, kiedy whitepaper Quantum AI współautorstwa badacza Fundacji Ethereum Justina Drake'a i kryptografa ze Stanford Dana Boneha oszacował koszt złamania kryptografii krzywych eliptycznych Bitcoina (matematyki, która powstrzymuje kogokolwiek przed wyprowadzeniem twojego klucza prywatnego z twojego adresu publicznego) na mniej niż 500 000 fizycznych kubitów. Następuje to po zeszłorocznym październikowym eksperymencie Quantum Echoes tej firmy, pierwszym zweryfikowanym przyspieszeniu kwantowym na prawdziwym sprzęcie.

Nikt nie opróżnia tym portfeli. Eksperyment wykorzystał co najwyżej 54 z 105 kubitów Willow, a artykuł zauważa, że faktoryzacja klucza RSA-2048 wymagałaby stanów magicznych z błędami rzędu jednego na 10 miliardów, czyli około miliona razy czystszych niż to, co właśnie osiągnął Google.

Google twierdzi, że następnym krokiem jest prowadzenie hodowania na większą skalę. Zespół przewiduje, że zmniejszenie o połowę szumu bazowego sprzętu Willow obniżyłoby błędy stanów magicznych do około dwóch na 100 000, ponieważ błędy w procesie zmniejszają się wraz z sześcianem poziomu szumu chipu.