Google заявляє, що подолав одне з найбільших вузьких місць квантових обчислень

Google каже, що перетворила один із найперспективніших теоретичних прийомів квантових обчислень на щось, що справді працює на чіпі.

У статті, опублікованій у Science у четвер, команда Quantum AI компанії показала, що техніка під назвою «вирощування магічних станів» зменшила кількість помилок приблизно у 40 разів на її процесорі Willow.

Здешевлення будівництва квантових комп'ютерів має значення далеко за межами фізичних лабораторій, адже це наближає день, коли вони виконуватимуть корисну роботу, як-от розробка ліків і нових матеріалів, а також день, коли хтось зможе зламати шифрування, що захищає банківські входи та гаманці Bitcoin.

Квантові комп'ютери працюють на кубітах — квантових бітах, які можуть одночасно зберігати суміш 0 і 1, дозволяючи їм досліджувати багато відповідей паралельно. Вони також надзвичайно крихкі: трохи тепла або електричного шуму може перекинути кубіт і зруйнувати обчислення, саме тому вся галузь одержима виправленням помилок (розподіл однієї частини інформації між багатьма кубітами, щоб помилки можна було виявити й виправити).

Виправлення помилок добре справляється з простими операціями, але справді корисна програма також потребує класу складніших операцій, які не можна захистити таким самим чином. Щоб виконувати їх, машина спочатку має виготовити магічні стани, які працюють як одноразові паливні елементи для цих операцій: кожен із них витрачається в момент використання.

Виробництво чистих магічних станів завжди було надзвичайно дорогим. За деякими оцінками, витрати сягають до 95% усієї потужності квантового комп'ютера, згідно з Google, залишаючи дуже мало місця для власне обчислень.

Фізики Сергій Браві та Олексій Китаєв у 2004 році запропонували стандартне рішення — дистиляцію магічних станів, яка бере багато зашумлених магічних станів і перетворює їх на кілька чистих. Це працює, але вимагає величезних кубітних «фабрик», які не роблять нічого іншого.

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

Market projectionsOdds by Myriad

This weekAbove $82,000Above $82k60% chance

→

Buy Bitcoin with USDT

Powered by Jupiter

Price data by CoinGeckoCoinGeckoMore Bitcoin news and projections →

У 2024 році дослідники Google запропонували дешевший шлях, який вони назвали вирощуванням магічного стану. Замість фабрики ця техніка поводиться як фільтр: вона вводить грубий магічний стан у крихітну ділянку чипа, а потім запускає ланцюжок перевірок, відкидає кожну спробу з виявленим дефектом і продовжує нарощувати ті, що вижили. У своїй статті вони навіть припустили, що подальша дистиляція «може ніколи не знадобитися на практиці».

«На процесорі Willow від Google Quantum AI наш протокол досяг надзвичайного 40-кратного зменшення помилок порівняно з некультивованими станами. І ми отримали T-стани з рекордною логічною точністю 99,99%», — заявили в Google.

Лише близько 8% спроб пройшли всі перевірки, що означає, що чіп відкидає більше ніж дев'ять із кожних десяти спроб, щоб зберегти один чистий стан.

Культивація — один із прийомів, що стоять за оцінкою Гідні 2025 року, згідно з якою шифрування RSA-2048 можна зламати за допомогою менш ніж мільйона шумних кубітів, що в 20 разів менше за 20 мільйонів, які він оцінював у 2019 році. До цього експерименту культивацію перевіряли лише в теорії та комп'ютерних симуляціях.

Google продовжувала закручувати гайки в березні, коли біла книга Quantum AI, написана у співавторстві з дослідником Ethereum Foundation Джастіном Дрейком і стенфордським криптографом Деном Боне, оцінила вартість зламу еліптичної криптографії Bitcoin (математика, яка не дає нікому вивести ваш приватний ключ із вашої публічної адреси) у менш ніж 500 000 фізичних кубітів. Це слідує за експериментом Quantum Echoes компанії минулого жовтня — першим підтвердженим квантовим прискоренням на реальному обладнанні.

Ніхто не спустошує гаманці цим. В експерименті використано щонайбільше 54 з 105 кубітів Willow, і в статті зазначено, що для факторизації ключа RSA-2048 знадобляться магічні стани з помилками близько одного на 10 мільярдів, що приблизно в мільйон разів чистіше за те, чого щойно досягла Google.

Google каже, що наступний крок — запуск культивації в більшому масштабі. Команда прогнозує, що зменшення вдвічі базового апаратного шуму Willow знизить помилки магічних станів приблизно до двох на 100 000, оскільки помилки в процесі зменшуються пропорційно кубу рівня шуму чіпа.