Tolerancja na błędy jest fundamentalnym pojęciem w obliczeniach kwantowych, ponieważ umożliwia projektowanie niezawodnych układów kwantowych pomimo niedoskonałości kubitów i bramek kwantowych. W komputerach kwantowych tolerujących błędy, kubity i bramki logiczne, które są niezawodne i wykonują algorytm użytkownika, składają się z licznych zakłóconych kubitów i bramek fizycznych. Ta połączona sieć komponentów fizycznych, gdy jest odpowiednio kontrolowana, pozwala na pracę zakłóconych urządzeń kwantowych jako niezawodnych maszyn obliczeniowych.

Tolerancja na błędy jest kluczowa, ponieważ odkrywa prawdziwy potencjał obliczeń kwantowych, umożliwiając przełomowe zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak postępy naukowe, szybsze cykle rozwoju leków, nowe materiały na baterie i ulepszone metody produkcji nawozów oraz pochwytywania dwutlenku węgla. Te zastosowania mają potencjał rewolucjonizacji społeczeństwa i gospodarki.

Do wykonania tych przełomowych zastosowań niezbędne są układy kwantowe z milionami, a nawet miliardami bramek. Tylko komputery kwantowe tolerujące błędy mogą obsługiwać obwody o takiej skali bez dostarczania niewiarygodnych wyników. Zespoły badawcze z akademii i przemysłu przyczyniły się do określenia wymagań dotyczących bramek i kubitów dla tych zastosowań. Konkretne oszacowania zasobów, w tym liczby kubitów i bramek logicznych, stanowią konkretny cel dla przyszłych komputerów kwantowych tolerujących błędy.

Obecne urządzenia NISQ, ze swoimi wysokimi poziomami zakłóceń, nie mogą obsługiwać obwodów o rozległych wymaganiach bramek dla przełomowych zastosowań. Techniki redukcji zakłóceń często są praktycznie niemożliwe do zastosowania, wymagając zbyt wielu powtórzeń lub eksperymentalnych wykonan z niezawodnymi wynikami. Tolerancja na błędy jest kluczem do zniwelowania 10000-krotnego rozdzielczościowego rozwarstwienia między wymaganiami bramek obecnych urządzeń NISQ a potrzebnymi do przełomowych zastosowań. Dlatego też wiele czołowych zespołów komputacji kwantowej jest obecnie poświęconych rozwojowi komputerów kwantowych tolerujących błędy.

Postęp w trzech obszarach jest kluczowy dla zniwelowania tej rozdzielczości. Po pierwsze, algorytmy muszą stać się jeszcze bardziej wydajne, redukując liczbę wymaganych bramek do obliczeń. Po drugie, konieczne są ulepszenia sprzętu, aby umożliwić tolerancję na błędy. Wreszcie, trzeba opracować architektury tolerujące błędy, aby zoptymalizować wydajność niedoskonałego sprzętu. Osiągnięcie znaczącego postępu w tych obszarach odblokuje rewolucyjny wpływ obliczeń kwantowych na społeczeństwo i gospodarkę.

Aby zgłębić pojęcie tolerancji na błędy i jej znaczenie w obliczeniach kwantowych, pełny dokument Części 1 jest dostępny do pobrania na stronie internetowej GQI.

Autor: Dr. Ish Dhand, Dyrektor Generalny i współzałożyciel QC Design.

Źródła:
– GQI
– Quantum Computing Report
– CALTECH
– ETH
– MacquarieU
– UMaryland
– USherbrooke
– UToronto
– UVienna
– UWashington
– Google
– Microsoft
– PsiQuantum
– Xanadu
– BASF SE
– Boehringer Ingelheim
– Mercedes-Benz
– Volkswagen.
Uwaga: Opinie i poglądy przedstawione w tym raporcie należą do autora i niekoniecznie odzwierciedlają wnioski ani odkrycia GQI.