Komputery kwantowe są z natury wprost niezwykle podatne na błędy. Wynikają one z delikatnej natury kubitów, podstawowych elementów komputerów kwantowych. Kubity są podatne na zakłócenia, które powodują utratę ich właściwości kwantowych, co prowadzi do błędów obliczeniowych.
Aby temu zaradzić, procesor Willow firmy Google wykorzystuje nowatorskie podejście zwane „kubitami logicznymi”. Kubit logiczny powstaje przez połączenie wielu kubitów fizycznych w strukturę przypominającą siatkę. Taka struktura pozwala kubitowi logicznemu zachować informacje, nawet jeśli niektóre z jego składowych kubitów fizycznych popełnią błąd. To pozornie nieskomplikowane udoskonalenie systemu znacznie zwiększa niezawodność systemu.
Czytaj także: To najmniejszy komputer kwantowy, jaki widział świat. Do wykonywania obliczeń wystarcza mu jeden foton
Willow zawiera kilka kluczowych udoskonaleń, w tym ulepszone techniki kalibracji, identyfikację błędów opartą na uczeniu maszynowym oraz znacznie bardziej udoskonalone metody wytwarzania kubitów. Co najważniejsze, Google udało się zwiększyć „czas koherencji” kubitów, czyli czas, w którym mogą one utrzymywać swój stan kwantowy w celu wykonywania prawidłowych obliczeń.
I w tym momencie dochodzimy do sedna całego odkrycia. Willow bowiem sprawia, że ilość występujących błędów maleje wykładniczo wraz ze wzrostem liczby kubitów w procesorze.
To rozwiązanie sprawia, że możemy mówić o prawdziwej rewolucji w sektorze komputerów kwantowych. Dotychczas bowiem naukowcy musieli skupiać się na jakości kubitów, bowiem zwiększanie ich liczby nie poprawiało niezawodności całego systemu. Teraz się to zmieniło.
Aby przetestować możliwości Willowa, Google użyło standardowego testu porównawczego zwanego „losowym próbkowaniem obwodów”. Willow ukończył to zadanie w mniej niż pięć minut. Jak wskazują naukowcy, najlepszy superkomputer konwencjonalny potrzebowałby na to kwadrylion razy więcej czasu niż… wiek wszechświata. Porzuć nadzieję, tego nie da się sobie wyobrazić. To prawdziwa zmiana paradygmatu.
Czytaj także: Potężny komputer kwantowy zmiótł konkurencję z planszy. Dotychczasowy rekord został pobity 100-krotnie
To osiągnięcie oznacza znaczący krok w kierunku praktycznego zastosowania obliczeń kwantowych. Badacze Google’a skupiają się teraz na demonstrowaniu rzeczywistych zastosowań tych zaawansowanych układów kwantowych. Ich celem jest wyjście poza testy porównawcze i zbadanie, w jaki sposób komputery kwantowe mogą być wykorzystywane do rozwiązywania złożonych problemów i napędzania odkryć naukowych.
Jednym z ich celów jest stworzenie „logicznego kubitu” o niezwykle niskim współczynniku błędów, wymagającego ponad tysiąca fizycznych kubitów pracujących w tandemie. Będzie to wymagało dalszego udoskonalania technik korekcji błędów i przesuwania granic możliwości sprzętu kwantowego.
Ostatecznie wizją Google jest połączenie właśnie takich bardzo niezawodnych kubitów logicznych w celu stworzenia komputerów kwantowych, które przewyższą klasyczne superkomputery nie tylko w testach porównawczych, ale także w rozwiązywaniu rzeczywistych problemów z namacalnymi korzyściami.