Tolerancja na błędy jest fundamentalnym pojęciem w obliczeniach kwantowych, ponieważ umożliwia projektowanie niezawodnych obwodów kwantowych pomimo niedoskonałości kwantowych bitów (qubitów) i bramek. W przypadku komputerów kwantowych odpornych na błędy, qubity i bramki logiczne, które są niezawodne i wykonują algorytm użytkownika, składają się z licznych fizycznych qubitów i bramek. Ta połączona sieć fizycznych komponentów, gdy jest odpowiednio kontrolowana, pozwala na działanie hałaśliwych urządzeń kwantowych jako niezawodnych maszyn obliczeniowych.
Tolerancja na błędy jest kluczowa, ponieważ odblokowuje prawdziwy potencjał obliczeń kwantowych, umożliwiając transformacyjne zastosowania w różnych dziedzinach, takich jak postęp naukowy, szybsze cykle rozwoju leków, nowe materiały do baterii oraz ulepszone metody produkcji nawozów i pochwytywania dwutlenku węgla. Te zastosowania mają potencjał rewolucjonizowania społeczeństwo i gospodarkę.
Aby wykonać te transformacyjne aplikacje, wymagane są obwody kwantowe z milionami, a nawet miliardami bramek. Tylko komputery kwantowe odporne na błędy są w stanie obsłużyć obwody o takiej skali bez generowania niewiarygodnych wyników. Zespoły badawcze z instytucji akademickich i przemysłowych przyczyniły się do określenia wymagań dotyczących bramek i qubitów dla tych aplikacji. Konkretne oszacowania zasobów, w tym liczby qubitów i bramek logicznych, dostarczają namacalnych celów dla przyszłych komputerów kwantowych odpornej na błędy.
Obecne urządzenia NISQ z ich wysokim poziomem szumów nie są w stanie obsłużyć obwodów o rozległych wymaganiach bramek dla transformacyjnych aplikacji. Techniki tłumienia szumów często są niemożliwe do zastosowania, wymagając zbyt wielu powtórzeń lub eksperymentalnych wykonania, które dają wyniki niesolidne. Tolerancja na błędy jest kluczem do zniwelowania różnicy 10000-krotności między obecnymi wymaganiami bramek urządzeń NISQ, a wymaganymi do transformacyjnych aplikacji. Dlatego też wiele głównych zespołów zajmujących się obliczeniami kwantowymi obecnie skupia się na rozwoju komputerów kwantowych odpornej na błędy.
Postęp w trzech obszarach jest kluczowy w celu zniwelowania tej różnicy. Po pierwsze, algorytmy muszą stać się jeszcze bardziej efektywne, redukując liczbę wymaganych bramek do obliczeń. Po drugie, konieczne są udoskonalenia sprzętowe, aby umożliwić tolerancję na błędy. Wreszcie, muszą być opracowane architektury tolerujące błędy, aby zoptymalizować wydajność niedoskonałego sprzętu. Osiągnięcie znaczącego postępu w tych obszarach odblokuje rewolucyjne oddziaływanie 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, CEO 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 zawarte w tym raporcie są własnością autora i nie odzwierciedlają konkluzji ani wyników GQI.