Сегодня команда квантового искусственного интеллекта Google представила Willow, передовой квантовый вычислительный чип, который продемонстрировал способность не только исправлять ошибки в геометрической прогрессии, но и обрабатывать определенные вычисления быстрее, чем это могут сделать суперкомпьютеры в пределах известных физических показателей.

Это важная веха на пути команды Quantum AI к созданию надежного квантового компьютера, способного расширить человеческие знания на благо всех. Квантовые — это новый подход к вычислениям, при котором люди создают машины, использующие квантовую механику — фундаментальный язык Вселенной — чтобы раздвинуть границы классических вычислений.

Введите Лаборатория квантового искусственного интеллекта Google чтобы узнать больше о том, как работают квантовые вычисления, и понять шесть ключевых квантовых концепций.

1. Квантовые вычисления: почему все остальное — «классические вычисления»

Квантовые вычисления — это совершенно новый стиль вычислений. Большинство людей знакомы с классическими вычислениями: двоичными цифрами (или «битами»), которые могут быть 1 или 0, которые используются во всем, от графических калькуляторов до огромных центров обработки данных, и которые являются основой почти всех цифровых инноваций за последние полвека. . .

Квантовые вычисления — это другое. Вместо использования классических битов в квантовых вычислениях используются квантовые биты или «кубиты».

2. Кубиты: строительные блоки квантовых вычислений

Кубиты ведут себя согласно законам квантовой физики. Вместо того, чтобы ограничиваться «или/или» двоичными единицами и нулями, они могут существовать как смесь этих двух. Кубиты могут хранить информацию о суперпозиции (несколько состояний одновременно) 0 и 1. Они также могут переплетаться друг с другом для создания еще более сложных комбинаций — например, два кубита могут находиться в смеси 00, 01, 10. и 11. Когда вы запутываете множество кубитов, вы открываете множество состояний, в которых они могут находиться, что дает вам большую вычислительную мощность. Эти два особых свойства дают квантовым компьютерам сверхмощь, необходимую для решения некоторых из самых сложных задач гораздо быстрее, чем это могут сделать обычные классические компьютеры.

3. Производство: как команда Quantum AI производит чипы для кубитов

В отличие от обычных компьютерных чипов, которые производятся огромной, хорошо зарекомендовавшей себя промышленностью, квантовые вычисления — это настолько новый стиль вычислений, что Google производит собственные кубиты с помощью сверхпроводящих интегральных схем. По-новому моделируя сверхпроводящие металлы, мы формируем цепи с емкостью (способностью сохранять энергию в электрических полях) и индуктивностью (способностью сохранять энергию в магнитных полях), а также специальные нелинейные элементы, называемые джозефсоновскими переходами. Тщательно выбирая материалы и адаптируя производственные процессы, мы можем создавать чипы с высококачественными кубитами, которыми можно управлять и интегрировать в большие и сложные устройства.

4. Шум: создание упаковки для защиты квантовых компьютеров от помех

Квантовые компьютеры могут быть примадоннами. У них есть способность решать проблемы, которые были бы невозможны на обычных компьютерах, но они также очень чувствительны к ошибкам из-за «шума» или помех, таких как радиоволны, электромагнитные поля и тепло (даже космические лучи!). Итак, как и при создании звуковой студии для артистов звукозаписи, чтобы защитить целостность процессов квантовых вычислений, команда Quantum AI создает специальную упаковку для снижения шума. Они помещают кубиты в эту специальную упаковку, чтобы соединить их с внешним миром, максимально защищая их от внешних воздействий. Достижение этого требует обширных и очень сложных работ в области механической и электромагнитной инженерии, а также пристального внимания к деталям, таким как выбор правильных материалов или определение конкретных мест, где разместить отверстия для цепей.

5. Проводка: создание путей управления квантовым компьютером

Для управления квантовым компьютером необходимо отправлять сигналы в среды с сильно меняющимися температурами. Мы управляем кубитами с помощью микроволновых сигналов, которые передаются по специальным проводам от комнатной температуры до экстремально низких температур. Эти провода выбраны так, чтобы мы могли передавать сигналы максимально эффективно и точно. Добавление таких вещей, как фильтрация в середину этих проводов, дополнительно защищает наши кубиты от воздействия внешнего шума.

6. Холодильник для разбавления: одно из самых холодных мест во Вселенной

Чтобы управлять сверхпроводящими кубитами, нам необходимо поддерживать их при чрезвычайно низких температурах, холоднее, чем в космосе. Для достижения этих ультрахолодных и темных условий необходимо специальное оборудование, называемое холодильником для разбавления. Храня наши кубиты внутри холодильника разбавления, сверхпроводящие металлы могут перейти в состояние нулевого сопротивления – ледяное состояние, в котором электричество может течь без потери энергии – и мы можем уменьшить нежелательные элементы, такие как тепловой шум. Таким образом, наши сверхпроводящие кубиты смогут сохранять свои квантовые свойства и выполнять сложные вычисления для квантовых вычислений.

Willow — это последний шаг в работе нашей команды по квантовому искусственному интеллекту, направленный на раскрытие всего потенциала квантовых вычислений. Теперь, когда вы имеете представление о работе нашей лаборатории, ознакомьтесь наш план развития квантовых вычислений чтобы увидеть, как мы планируем использовать квантовые технологии за пределами лаборатории и в полезных приложениях.