De câțiva ani, calculul cuantic se află în centrul celei mai avansate cercetări științifice și tehnologice. Promițătoare de capabilități de calcul mult peste cele ale supercalculatoarelor actuale, această tehnologie revoluționară se confruntă cu numeroase provocări. Unul dintre principalele obstacole este legat de erorile inerente qubiților, aceste unități fundamentale ale calculatoarelor cuantice. Cu toate acestea, Google a făcut recent un pas major înainte cu Willow, un procesor cuantic capabil să depășească aceste limitări. Acest progres ar putea schimba jocul prin apropierea calculului cuantic de aplicații practice, concrete.
Așa cum am mai spus cu alte ocazii, calculul clasic se bazează pe biți care reprezintă stări binare: 0 sau 1. Calculul cuantic, pe de altă parte, folosește qubiți (sau biți cuantici) care pot exista în mai multe stări simultan datorită a două proprietăți fundamentale ale fizicii cuantice: suprapunerea și entanglementul. Această capacitate permite calculatoarelor cuantice să efectueze calcule masiv paralele, ceea ce deschide noi perspective pentru rezolvarea problemelor complexe. Cu toate acestea, acești qubiți sunt, de asemenea, extrem de fragili. Sunt predispuși la erori frecvente, deoarece interacționează cu ușurință cu mediul lor, perturbând astfel stările lor cuantice. Această fragilitate îngreunează utilizarea lor pe perioade lungi sau pe scară largă, ceea ce limitează potențialul lor practic.
Pentru a face față acestei provocări, cercetătorii au dezvoltat corectarea erorilor cuantice, un proces care se bazează pe crearea de qubiți logici. Acestea sunt formate prin combinarea mai multor qubiți fizici, ceea ce permite detectarea și corectarea erorilor. Cu toate acestea, până de curând, nicio mașină nu a reușit să treacă un prag critic în care erorile scad exponențial pe măsură ce mașina crește.
Willow, noul procesor cuantic al Google, marchează o descoperire majoră, fiind primul din lume care a trecut acest prag, numit pragul de corectare a erorilor. El a fost descris într-un articol publicat în revista Nature. Acest pas cheie, prezis în 1995 de cercetătorul Peter Shor, este esențial pentru ca calculul cuantic să devină practic și scalabil. Pentru a realiza acest lucru, procesorul folosește qubiți logici în care fiecare qubit este codificat de o matrice de qubiți fizici. Aceasta înseamnă că, dacă un qubit fizic eșuează, datele rămân protejate de qubitul logic. De asemenea, Google a adus îmbunătățiri semnificative tehnologiei de bază, inclusiv:
Protocoale de calibrare îmbunătățite pentru a reduce erorile inițiale.
Învățare automată, utilizată pentru identificarea și corectarea surselor de erori.
Timpi de coerență crescuți, ceea ce prelungește timpul în care qubiții rămân într-o stare utilizabilă.
Cu aceste progrese, Willow a demonstrat o capacitate unică de a reduce exponențial erorile atunci când sunt adăugați noi qubiți. Acest lucru deschide calea spre construirea de calculatoare cuantice mult mai mari și mai fiabile.
În teste riguroase, Willow și-a demonstrat puterea efectuând în mai puțin de cinci minute un calcul care i-ar fi luat celui mai rapid supercomputer zece șapte miliarde de ani. Pentru comparație, această dată depășește cu mult vârsta estimată a Universului. Aceste rezultate impresionante, obținute prin testarea prin eșantionare aleatoare a circuitelor (o metodă standard folosită pentru a evalua performanța calculatoarelor cuantice), evidențiază, prin urmare, potențialul Willow pentru aplicații care rămân în afara tehnologiilor actuale. Procesorul are, de asemenea, timpi de coerență de aproximativ 100 de microsecunde (durata de timp în care qubiții își pot menține starea cuantică fără a fi perturbați de mediu), de cinci ori mai mari decât cipul cuantic anterior al Google, Sycamore. Această îmbunătățire semnificativă a făcut posibilă reducerea ratelor de eroare logică cu un factor de 20, un pas esențial pentru ca computerele cuantice să depășească supercalculatoarele tradiționale.
Dincolo de demonstrarea puterii, Willow deschide calea către aplicații practice. Obiectivul final este de a construi calculatoare cuantice capabile să rezolve probleme reale mai rapid și mai eficient decât supercalculatoarele actuale. Zonele potențiale includ:
Simulare moleculară, folosită pentru a descoperi noi medicamente sau a optimiza materiale.
Optimizarea rețelei, utilă pentru transport, logistică sau sisteme energetice.
Cercetarea fundamentală, cu simulări cuantice care vor oferi o mai bună înțelegere a legilor fizicii.
Pentru a atinge acest obiectiv, Google lucrează, prin urmare, la crearea de qubiți logici și mai fiabili, cu o rată de eroare mai mică de unu la un milion. Acest lucru va necesita combinarea a aproximativ 1.457 de qubiți fizici per qubit logic, o sarcină care va depinde de progresele ulterioare în corectarea erorilor și inginerie.
