Google наскоро представи нов квантов чип с име Willow.

Този чип представлява значителен напредък в квантовите технологии.

Willow разполага със 105 кюбита (квантови битове) и може да извършва изчисления, които традиционните компютри биха изпълнили за милиарди години, само за няколко минути. Една от най-значимите му характеристики е способността му да намалява грешките с увеличаването на броя на кюбитите, което е ключово предизвикателство в развитието на квантовите компютри.

Willow е разработен с акцент върху производителност, гъвкавост и подобрена корекция на грешки, което го прави важна стъпка към създаването на практически използваеми квантови компютри в бъдеще. Въпреки този напредък, технологията все още е в ранна фаза на развитие и засега има експериментално приложение, насочено към доказване на концепции.

Още през 2019 година Google обяви, че е постигнал така нареченото „квантово превъзходство“ (quantum supremacy) с квантовия си процесор Sycamore.

Това означава, че чипът е изпълнил задача, която би била практически невъзможна или отнела изключително дълго време за традиционен суперкомпютър.

Процесорът Sycamore съдържа 54 кюбита (единици за квантова информация), но само 53 са били функционални по време на експеримента. Google съобщи, че Sycamore е успял да изпълни изчисление за около 200 секунди, което според тях би отнело на най-бързия класически суперкомпютър около 10 000 години.

Каква е разликата между чиповете Sycamore и Willow?

Sycamore и Willow се различават по своите характеристики, цели и технически усъвършенствания. Ето основните разлики:

1. Капацитет (кюбити):

• Sycamore: Представен през 2019 г., този чип разполага с 54 кюбита (един от които е бил нефункционален по време на експериментите) и е използван за постигането на „квантово превъзходство“, демонстрирайки способност за решаване на задачи, непосилни за класически компютри в разумно време.
• Willow: Разработен през 2024 г., този чип включва 105 кюбита, което е значително увеличение в мащаба. Това позволява по-сложни изчисления и демонстрира напредък в скалируемостта на квантовите системи​.

2. Намаляване на грешките:

• Sycamore: Притежава базово управление на грешките, но увеличаването на кюбитите води до значителни предизвикателства за стабилност и надеждност.
• Willow: Основно предимство на Willow е иновацията в намаляването на грешките при увеличаване на броя на кюбитите, което го прави по-ефективен и стабилен при по-мащабни задачи​.

3. Цели и приложения:

• Sycamore: Доказва концепцията за квантово превъзходство, изпълнявайки задача за 200 секунди, която би отнела на класически компютър 10 000 години.
• Willow: Съсредоточен върху практическите приложения и дългосрочната цел за изграждане на универсални квантови компютри. Willow демонстрира възможност за решаване на задачи, които изискват огромен изчислителен ресурс, като тези, отнемащи традиционен компютър милиарди години​

4. Напредък в дизайна:

• Sycamore: Подходящ за демонстрации и ранни експерименти в квантовите изчисления.
• Willow: Включва нови архитектури като настройваеми кюбити и *куплери, които позволяват динамично оптимизиране на работата, подобрявайки общата производителност и гъвкавост​.

С тези разлики Willow представлява значителна еволюция спрямо Sycamore, отразяваща прогреса на Google в областта на квантовите технологии.

Накратко за квантовия компютър

Квантовият компютър е устройство, което използва принципите на квантовата механика за обработка на информация. За разлика от класическите компютри, които използват битове (със стойности 0 или 1), квантовите компютри използват кюбити. Кюбитите могат да съществуват едновременно в множество състояния благодарение на явления като суперпозиция и заплитане. Това им позволява да извършват огромен брой изчисления паралелно, което ги прави изключително мощни за определени задачи, като оптимизация, криптография и симулация на молекули.

Какво е квантов чип

Квантовият чип е основният хардуерен компонент на квантовия компютър, който съдържа и управлява кюбитите. Той е проектиран с помощта на различни технологии, като:

• Свръхпроводящи вериги – използват електрически ток в свръхпроводящо състояние.
• Йонни капани – задържат атоми или йони с помощта на електромагнитни полета.
• Фотонни кюбити – използват светлинни частици за обработка на информация.

Например, квантовите чипове като Sycamore и Willow, създадени от Google, използват свръхпроводящи кюбити и са предназначени за решаване на специфични задачи, които са непосилни за традиционните компютри.

Технологията има потенциал да революционизира индустрии като медицината, финансите и изкуствения интелект.

Тази стъпка е значителен напредък в квантовите изчисления, но трябва да се отбележи, че практическите приложения на квантовите компютри са все още в начален етап на развитие. Конкуренти като IBM и други изследователски екипи също активно работят върху квантови технологии, така че полето остава много динамично.

Източници: Google Quantum AI / Blockonomi /  gizmodo

* Куплери (от англ. couplers) са устройства или компоненти, използвани в квантовите компютри за свързване и взаимодействие между кубитите. Те играят критична роля за реализацията на сложни квантови изчисления, като позволяват управление на взаимодействията между отделните кубити.

Основни функции на куплерите:

1. Свързване на кубити: Куплерите позволяват на кубитите да взаимодействат, което е необходимо за изпълнение на квантови логически операции.
2. Динамично управление: Те могат да се настройват, за да усилват или намаляват взаимодействието между кубитите в зависимост от изискванията на даденото изчисление.
3. Оптимизация: Куплерите помагат за намаляване на грешките и подобряване на производителността на квантовия процесор.

Видове куплери:

• Свръхпроводящи куплери: Често използвани в квантови чипове, като тези на Google, базирани на свръхпроводящи кубити.
• Оптични куплери: Използвани в системи, базирани на фотонни кубити.

В контекста на чипа Willow, например, куплерите са проектирани да бъдат настройваеми, което позволява динамична оптимизация на производителността и скоростта на квантовите операции​.

*Снимката на корицата е създадена с AI и има единствено декоративна цел.