Dentro brevemente
- O novo chip Quantum AI do Google para Willow marca um novo marco na computação quântica para a empresa, sinalizando maior poder de computação, correção de erros críticos e um caminho para sistemas comerciais.
- Em um teste de benchmark, Willow realizou cálculos em minutos que levariam a um supercomputador clássico super rápido o tempo necessário para as estrelas, demonstrando a enorme vantagem da computação quântica sobre a computação clássica.
- Ao mostrar que um número crescente de qubits pode reduzir erros, o chip Willow valida uma abordagem fundamental para a correção quântica de erros, abrindo caminho para máquinas quânticas tolerantes a falhas em grande escala que podem enfrentar os desafios do mundo real.
Google Quantum AI anunciou que está entrando na era Sycamore e dando mais um passo em seu roteiro ao apresentar Willow, um novo chip quântico que alcançou um marco no poder de integração e correção de erros, marcando um passo importante em direção a larga escala , computação para operação de negociação quântica.
A equipe, que publicou suas descobertas na Nature, também busca um dispositivo quântico que supere limites de erro e forneça soluções do mundo real para problemas complexos, um destino final onde continue seu caminho.
“O objetivo da equipe de IA quântica do Google é criar computação quântica para problemas insolúveis”, disse Hartmut Neven, vice-presidente de engenharia do Google e fundador e chefe do laboratório de Inteligência Artificial Quântica, em uma reunião recente sobre o novo marco. . “Então, que problemas temos em mente? As primeiras aplicações serão a modelagem e compreensão de sistemas onde os efeitos quânticos são importantes. O mesmo acontece com a descoberta de medicamentos comuns, a compreensão e a concepção de reactores de fusão nuclear, para reduzir os enormes custos energéticos da produção de fertilizantes. Mas depois se estende a muitas outras áreas, como o aprendizado de máquina quântica. “
A vantagem exponencial sobre os supercomputadores clássicos
Em um teste de benchmark usando amostragem de circuito aleatório (RCS), o novo chip criou em cerca de cinco minutos um computador que levaria o computador clássico mais rápido do mundo, o Frontier, cerca de 10 milhões de anos – muito mais que a idade do universo. Este resultado ressalta a crescente divisão entre a computação quântica e a clássica à medida que os sistemas quânticos se desenvolvem.
A amostragem aleatória de circuitos é amplamente utilizada para medir se um computador quântico pode realizar cálculos além das capacidades dos sistemas clássicos. Os resultados mais recentes, progredindo para testes semelhantes conduzidos em 2019 e 2024, mostram a conquista de processadores quânticos de aceleração exponencial à medida que crescem em potência.
A comparação com o Frontier é conservadora, considerando o bom desempenho do sistema antigo. Os pesquisadores sugerem que a crescente lacuna entre o clássico e o quântico significa que, à medida que os computadores clássicos se desenvolvem, a lacuna continuará a aumentar significativamente.
Marco de depuração
A correção quântica de erros, a base da computação quântica confiável, também teve grandes avanços. Os erros, um desafio constante para os sistemas quânticos devido à sua natureza frágil, tradicionalmente aumentam à medida que o número de qubits aumenta. No entanto, o novo chip mostrou o contrário: à medida que mais qubits foram adicionados, as taxas de erro caíram significativamente.
“A informação quântica é muito frágil. Ele pode ser perturbado por muitas coisas, desde a densidade do material até a radiação ionizante e os raios cósmicos”, disse Michael Newman, cientista de pesquisa da equipe do Google Quantum AI.
Newman disse que sua abordagem para correção de erros é fazer com que os qubits físicos trabalhem juntos para corrigir erros, muitas vezes referido como construção lógica de qubits.
“A ideia básica é pegar vários qubits e usá-los juntos para representar um único – o que chamaríamos – qubit lógico”, disse Newman. “Então, pode haver toneladas de qubits físicos, mas pode haver apenas três qubits lógicos, então esses qubits trabalham juntos para corrigir erros, e a esperança é que, à medida que você torna esses clusters cada vez maiores, haja cada vez mais erros. corrigindo. E, então, seus qubits estão ficando cada vez mais precisos. O problema, claro, é que à medida que essas coisas ficam maiores, há mais oportunidades de cometer erros, então precisamos de ferramentas que sejam boas o suficiente para fazer as coisas. ser grande, a correção de erros supera esses erros adicionais e os introduz no sistema.”
No estudo, os pesquisadores mostraram que escalar de uma grade 3×3 para 5×5 e depois para uma grade 7×7 de qubits físicos reduziu os erros por um fator de dois de cada vez.
A descoberta aborda um desafio que tem dificultado o progresso desde que a correção de erros quânticos foi proposta pela primeira vez em 1994, de acordo com a equipe. Em última análise, eles planejam continuar trabalhando para melhorar este sistema – e usar novas técnicas algorítmicas e novos materiais – para aproximá-los cada vez mais do objetivo final: um computador quântico tolerante a falhas.
Os resultados confirmam a viabilidade de construção de sistemas quânticos em grande escala que sejam tolerantes a falhas, abrindo caminho para aplicações quânticas práticas.
“A correção de erros é o jogo final para a computação quântica”, disse Julian Kelly, Diretor de Hardware Quantum do Google Quantum AI. “Este é o computador quântico que todos pensam que estão usando, com grandes problemas e encontrando aplicações interessantes”.
Ele acrescentou: “O Willow foi construído com grandes correções de bugs. Não é apenas para esta demonstração, mas esta é a tecnologia que pode nos levar para o futuro.”
Fabricação e métricas de última geração
O chip, que possui 105 qubits, foi produzido em uma fábrica dedicada de chips quânticos em Santa Bárbara. Projetado para eficiência, inclui depuração em todos os aspectos de sua estrutura, desde o desenvolvimento do portão até a calibração e inovação.
Seu desempenho excede muitos benchmarks, demonstrando uma abordagem holística ao projeto de sistemas quânticos. O chip representa uma melhoria não apenas no poder computacional bruto, mas também na eficiência e flexibilidade de todo o sistema.
Poder Comercial
A potência do chip representa um passo mais perto de alcançar sistemas quânticos que possam resolver problemas do mundo real. Estes sistemas têm potencial para aplicações na descoberta de medicamentos, ciência de materiais e tecnologia de energia renovável, incluindo a concepção de baterias eficientes para veículos eléctricos e a aceleração do progresso na fusão nuclear. Muitas dessas tarefas são atualmente impossíveis em sistemas primitivos, aguardando o poder computacional que os sistemas quânticos podem desbloquear.
O Google também fornece uma visão geral de sua estratégia de marketing.
Enquanto outras empresas exploram o desenvolvimento comercial e técnico ao mesmo tempo – por exemplo, vendendo unidades locais ou fornecendo acesso a um dispositivo quântico na nuvem – o Google parece querer aperfeiçoar a tecnologia, primeiro, e depois decidir a melhor maneira de fazer isso. isto. dinheiro da quantum.
A equipe não especificou – discretamente – quando espera atingir esse ponto de inflexão da vantagem quântica, dizendo que há desafios pela frente.
Eles escreveram em uma postagem no blog da empresa: “Com as taxas de erro atuais, podemos precisar de mais de mil qubits por grade de código para atingir modestas taxas de erro codificado de 10-6. Além disso, tudo isso foi realizado em um processador de 105 qubit; podemos obter o mesmo desempenho em um processador de 1.000 qubit? Que tal um processador de um milhão de qubits? O desafio de engenharia que temos diante de nós é enorme. Ao mesmo tempo, o progresso tem sido impressionante e as melhorias oferecidas pela correção quântica de erros são evidentes. Vimos um aumento de 20x no desempenho codificado desde o ano passado – quantas etapas são mais de 20x até que possamos executar grandes algoritmos quânticos? Talvez seja menos do que você pensa.”
O que vem a seguir
As conquistas do novo chip em poder de computação e correção de erros aceleram o progresso em direção ao objetivo de longo prazo de grandes computadores quânticos com correção de erros. Os pesquisadores esperam que tais sistemas abram aplicações transformadoras em todos os setores. À medida que a tecnologia quântica continua a desenvolver-se, espera-se que a lacuna entre os sistemas clássicos e quânticos aumente, tornando esta tecnologia que definiu uma era ainda mais útil e influente.
Charina Chou, Diretora e COO do Google Quantum AI, disse: “Estamos muito interessados em fornecer um serviço de computação quântica que possa resolver problemas do mundo real que de outra forma seriam impossíveis com computadores clássicos”.
