Kvantové obvody navržené AI a rekord v opravě chyb

V kostce

• Quantinuum na procesoru Helios dosáhlo fidelity 99,9995 %.
• IBM Heron se 156 qubity řídil dynamiku až sta qubitů.
• Počet qubitů klesl ze 190 tisíc na necelých 2 400.

Výzkumníci z Rutgers University, IBM a dalších institucí předvedli řízení dynamiky až sta qubitů pomocí kvantové zpětné vazby v reálném čase, společnost Quantinuum oznámila logickou fidelitu 99,9995 % a tým z Harvard University, společností Anthropic a QuEra Computing představil automatizovaný návrh kvantových obvodů pomocí velkých jazykových modelů. Podle serveru Lupa.cz jde o tři paralelní výsledky, které spojuje směřování k fault-tolerantním kvantovým počítačům, tedy systémům schopným dlouhodobého výpočtu navzdory chybám jednotlivých qubitů.

Experiment s kvantovou zpětnou vazbou proběhl na 156qubitovém procesoru IBM Heron. Podle serveru Lupa.cz systém během běhu výpočtu prováděl opakovaná měření, resety a následné akce, celkem téměř pět tisíc dvouqubitových operací a téměř pět tisíc měření a resetů. Pokud byly korekční zásahy dostatečně časté, podařilo se potlačit chaotické chování systému a převést jej do řízeného stavu, což odpovídá teoretickým předpovědím o přechodu mezi chaosem a řádem. Právě průběžné měření, rozhodování a opravy během výpočtu mají tvořit základ budoucích fault-tolerantních systémů.

Společnost Quantinuum oznámila nový světový rekord v kvantové korekci chyb na svém iontovém procesoru Helios. Dosažená logická fidelita 99,9995 % odpovídá pěti neopraveným chybám na milion operací a představuje desetinásobné snížení logické chybovosti oproti vlastnímu výsledku firmy z předchozího měsíce, uvedl server Lupa.cz. K výkonu byl použit kód typu color code, přičemž logické chyby klesaly exponenciálně s rostoucí vzdáleností kódu a každé zvýšení ochrany snižovalo zbývající chyby přibližně dvanáctinásobně.

Quantinuum zároveň uvádí, že dosažená chybovost je více než stokrát nižší než nejlepší dosud publikovaný výsledek na supravodivých procesorech. Výrok dodavatele o výkonu či srovnání zůstává jeho tvrzením a zdroj jej neuvádí jako nezávisle ověřené měření. Firma rovněž uvádí, že výkonnost systému již odpovídá cílovým parametrům plánovaného fault-tolerantního kvantového počítače Apollo, jehož uvedení očekává do roku 2029.

Třetí výsledek se týká automatizovaného frameworku, ve kterém velké jazykové modely samostatně navrhují a optimalizují fault-tolerantní kvantové obvody. Systém generoval celé implementace kvantových procedur, které byly průběžně vyhodnocovány klasickým simulátorem a následně iterativně vylepšovány, namísto běžného ručního ladění algoritmů. V osmi testovaných úlohách se podařilo snížit kombinované nároky na počet qubitů a délku výpočtu zhruba čtyřikrát až více než 9 100krát oproti známým referenčním návrhům.

Zlepšení podle zdroje nevycházela z optimalizace jednotlivých kvantových hradel, ale z objevování nových algoritmických struktur. Šlo například o efektivnější práci s pomocnými qubity, nahrazení podmíněné aritmetiky směrováním dat pomocí operací SWAP nebo rekonstrukci mezivýsledků bez nutnosti ukládat kompletní historii výpočtu. Jeden z nejvýraznějších výsledků se týkal dekódování hermitovských kódů, kde potřebný počet qubitů klesl z přibližně 190 tisíc na necelých 2 400 při současném výrazném omezení počtu Toffoliho hradel.

Součástí přehledu je také platforma qBraid OS společnosti qBraid pro správu uživatelů, plánování úloh, monitoring využití, fakturaci a provoz kvantových systémů v cloudu i při lokálním nasazení. Platforma je navržena pro hybridní kvantově-klasické výpočty a propojuje kvantové procesory s akcelerátory společnosti Nvidia prostřednictvím prostředí Nvidia CUDA-Q, což umožňuje využívat grafické procesory například pro dekódování korekce chyb během běhu úloh. Systém vychází z infrastruktury, kterou firma již používá pro zpřístupnění hardwaru od 18 poskytovatelů kvantových počítačů, a má zjednodušit komercializaci tím, že dodavatelé hardwaru nemusí vyvíjet vlastní provozní software.

Zdroje

1. Lupa.czlupa.cz