IBMs senaste genombrott inom felhantering för kvantdatorer har betydande konsekvenser för utvecklingen av mer pålitliga och användbara system. Genom att demonstrera hur deras felhanteringsteknik överträffar prestanda hos klassiska superdatorer tar IBM sig an en viktig utmaning på området. För närvarande är kvantsystem benägna att generera fel på grund av deras inneboende brus och känslighet för miljöstörningar.
I ett pressmeddelande som lyfter fram deras senaste kvantframsteg, förklarar IBM att kvantbitfel är mer komplicerade jämfört med klassiska bitfel. Kvantbitar, eller qubits, uppvisar inte bara förändringar i sina noll- eller ett-värden utan har också en fas som liknar en riktningsorientering. Följaktligen är ett övergripande tillvägagångssätt nödvändigt för att ta itu med båda typerna av fel på alla nivåer i systemet. Detta innebär att man förbättrar kontrollen över själva beräkningshårdvaran och introducerar redundans för att säkerställa korrekta beräkningar, även om några qubits upplever fel.
IBM Quantum, i samarbete med University of California, Berkeley, har nyligen publicerat en vitbok i Nature som beskriver utvecklingen av tekniker som visar upp förmågan hos bullriga kvantdatorer att ge värde tidigare än väntat. Forskarna betonar betydelsen av framsteg inom IBM Quantum-hårdvara och skapandet av nya felreduceringsmetoder.
Ett experiment utfört av IBM-forskare illustrerar kvantdatorernas potential att överträffa klassiska beräkningsmetoder genom att mildra fel. Genom att använda sin 127-qubit Eagle-kvantprocessor genererade IBM stora, intrasslade tillstånd för att simulera spindynamik i ett modellmaterial och förutsäga dess egenskaper exakt. Samma simuleringar utfördes av ett team vid UC Berkeley på klassiska superdatorer för att validera resultaten från IBM Quantum Eagle-processorn. När modellens komplexitet och skala ökade, producerade kvantdatorn konsekvent exakta resultat genom avancerade felreduceringstekniker, medan de klassiska beräkningsmetoderna så småningom vacklade.
Dario Gil, Senior Vice President och direktör för IBM Research, förklarar denna prestation som det första exemplet på kvantdatorer som noggrant modellerar ett naturligt fysiskt system utöver kapaciteten hos ledande klassiska metoder. Han anser att det är ett viktigt steg för att visa att nuvarande kvantdatorer är kraftfulla vetenskapliga verktyg som kan hantera extremt utmanande problem, vilket potentiellt går in i en ny era av kvantdatorverktyg.
Den beräkningsmodell som används av IBM i denna forskning spelar en central roll i olika algoritmer utformade för kortsiktiga kvantenheter. Noterbart är att de använda kretsarna, bestående av 127 kvantbitar som arbetar genom 60 steg av kvantgrindar, är bland de längsta och mest komplexa kretsar som framgångsrikt exekveras hittills.
I ljuset av dessa framsteg meddelar IBM att dess IBM Quantum-system, tillgängliga både i molnet och på plats genom partnerskap, kommer att utrustas med minst 127 qubits under det kommande året. Dessa processorer erbjuder beräkningskraft som kan överträffa klassiska metoder i vissa applikationer, tillsammans med förbättrade koherenstider och lägre felfrekvens jämfört med tidigare IBM-kvantsystem. Genom att kombinera dessa funktioner med ständigt utvecklande felreduceringstekniker, siktar IBM på att uppnå en ny nivå av skalbarhet som kallas ”utility-scale”, där kvantdatorer fungerar som vetenskapliga verktyg för att utforska problem utanför räckhåll för klassiska system. IBM fortsätter att engagera sig i sin färdplan för kvantberäkningar, som inkluderar utvecklingen av ett system med över 4 000 kvantbitar till 2025 och skapandet av programvara som integrerar kvantdata och klassiska arbetsflöden samtidigt som fel elimineras.
Vid IBM Quantum Summit 2022 avslöjade företaget pågående ansträngningar för att utveckla System Two, en modulär kvantplattform som kombinerar flera processorer i ett enda system. Denna plattform kommer att utnyttja hybrid-moln-mellanvara för att sömlöst integrera kvantmekaniska och klassiska arbetsflöden, vilket främjar framstegen inom kvantberäkningen.
