Najnowsza maszyna włączona Plan działania IBM dotyczący obliczeń kwantowychw Heron otrzymała udoskonalenie sprzętu i systemu w związku z dążeniem firmy do osiągnięcia celu, jakim jest korekcja błędów.
Korekta błędów jest postrzegana jako święty Graal obliczeń kwantowych, który otworzyłby bramy do komercyjnego zastosowania. Może to zająć wiele lat, ale IBM Heron oferuje łagodzenie błędów, które firma opisuje jako techniki umożliwiające użytkownikom łagodzenie błędów obwodów poprzez modelowanie hałasu urządzenia w momencie wykonania.
Innymi słowy, jest to coś, co twórcy systemu muszą zrobić podczas programowania komputerów kwantowych IBM, aby uniknąć hałasu związanego z błędami, który jest nieodłącznym elementem dzisiejszej technologii obliczeń kwantowych.
„Postępy w poprzek Sprzęt IBM Quantum i Qiskit umożliwiają naszym użytkownikom tworzenie nowych algorytmów, w których można połączyć zaawansowane zasoby kwantowe i klasyczne zasoby superkomputerowe, aby połączyć ich mocne strony” – powiedział Jay Gambetta, wiceprezes IBM Quantum.
„W miarę postępów w realizacji naszego planu działania w kierunku systemów kwantowych z korekcją błędów jako filaru przyszłości informatyki, algorytmy odkryte dzisiaj w różnych branżach będą kluczem do wykorzystania pełnego potencjału niezbadanych przestrzeni obliczeniowych stworzonych przez konwergencję QPU [quantum processing units]procesory [central processing units]i procesory graficzne [graphics processing units].”
Aby nawiązać do ogłoszenia Heron, IBM wprowadził kilka nowych narzędzi w swoim zestawie programistycznym Qiskit. Należą do nich narzędzia takie jak usługa Qiskit Transpiler Service umożliwiająca optymalizację obwodów kwantowych pod kątem sprzętu kwantowego dzięki sztucznej inteligencji (AI) oraz Qiskit Code Assistant pomagający programistom w łatwym generowaniu kodu kwantowego dzięki Generacyjna sztuczna inteligencja oparta na IBM Granite modele.
Dodaje także Qiskit Serverless, który umożliwia twórcom systemu początkowe podejście do superkomputerów skoncentrowanych na kwantach w systemach kwantowych i klasycznych, a także katalog IBM Qiskit Functions Catalog, aby udostępnić usługi IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL i Multiverse Computing.
Korekcja błędów to przełom
Tobias Lindstrom, kierownik naukowy wydziału technologii kwantowej NPL, uważa, iż po naprawieniu korekcji błędów nastąpi skokowa zmiana w obliczeniach kwantowych.
„Dziś jesteśmy ograniczeni skalowaniem, ponieważ nie mamy korekcji błędów” – powiedział. „Kiedy uda ci się zbudować kubit logiczny, poprawny pod względem błędów, nic nie stanie na przeszkodzie, aby zbudować ich więcej. To wyzwanie inżynieryjne.”
Kiedy już nastąpi korekcja błędów, „można wydać więcej pieniędzy, ale nie ma ograniczeń co do skalowania” – dodał w odpowiedzi na pytanie, czy działający komputer kwantowy będzie podlegał tym samym zasadom, co prawo Moore’a, które pokazuje, iż liczba tranzystorów w procesorze podwaja się co dwa lata za tę samą cenę.
Chociaż nastąpił duży postęp w programach skupiających się na korekcji błędów, Lindstrom spodziewa się, iż przyjęcie obliczeń kwantowych przyspieszy, gdy techniki te zostaną ostatecznie opanowane.
Nawet jeżeli cena takiego komputera z około 10 000 kubitów wynosi 1 miliard dolarów, Lindstrom uważa, iż cena ta prawdopodobnie nie będzie barierą dla niektórych organizacji i rządów: „Nie sądzę, iż to powstrzyma ludzi, gdy mowa o coś tak przydatnego jak komputer kwantowy.
Oznacza to, iż komputery kwantowe będą prawdopodobnie początkowo kupowane wyłącznie przez rządy lub bardzo duże firmy.
Istnieje pewna klasa problemów, które zdaniem Lindstroma i wielu przedstawicieli branży obliczenia kwantowe będą w stanie zoptymalizować. Nic dziwnego, stwierdził, iż „problemy typu kwantowego”, takie jak chemia kwantowa, należą do największych możliwości, w których obliczenia kwantowe można zastosować w materiałoznawstwie, prowadząc do takich możliwości, jak rozwój bardziej ekologicznych technologii.
Choć nie są to w pełni rozwinięte komputery, Lindstrom określił program stanowisk do testów kwantowych brytyjskiego działu badań i innowacji jako „ważny krok”. Ci „demonstratorzy” technologii kwantowej umożliwiają firmom zajmującym się obliczeniami kwantowymi opracowywanie maszyn, do których organizacje mogą mieć bezpośredni dostęp w Wielkiej Brytanii.
Rozwiązywanie problemów i doskonalenie umiejętności
Podobnie jak Gambetta IBM, Lindstrom postrzega urządzenia kwantowe jako część zestawu, który będzie używany do przyspieszania niektórych obciążeń: „Dobrą analogią jest prawdopodobnie coś w rodzaju używania procesorów graficznych lub FPGA [file programmable gate arrays] w kontekście obliczeń o wysokiej wydajności. przez cały czas logujesz się na zwykłym komputerze, ale w przypadku niektórych problemów używasz procesora graficznego lub FPGA.”
Era obliczeń kwantowych, podobnie jak w przypadku procesorów graficznych, będzie wymagała, aby procesor kwantowy działał skutecznie jako akcelerator lub koprocesor procesora. Lindstrom wierzy, iż w idealnym świecie programista używałby preferowanego przez siebie języka programowania, a narzędzie kompilatora kodu źródłowego przeglądałoby następnie ten kod i decydowało, które kroki w programie wymagają kroku optymalizacji, a następnie oceniałoby, czy najlepiej obsłużyć to poprzez odciążenie zadanie procesorowi kwantowemu.
„To idealny scenariusz pod względem przyjazności dla użytkownika, ale może nie być najlepszym sposobem wykorzystania istniejących zasobów” – powiedział.
Lindstrom potrzebuje grupy wyspecjalizowanych programistów, którzy dogłębnie rozumieją architekturę komputera: „Myślę, iż dobrym odpowiednikiem byłyby klasyczne komputery z lat 80. XX wieku, gdzie ludzie programowali w języku asemblera, aby wycisnąć jak najwięcej wydajności ze sprzętu .”
Patrząc na obecne wysiłki branży, Lindstrom stwierdziła, iż trwają prace nad uczynieniem obliczeń kwantowych bardziej dostępnymi dla osób, które niekoniecznie mają dogłębną wiedzę w tej technologii, ale w tej chwili nie jest to możliwe.
„W najbliższej przyszłości potrzebna będzie również druga kategoria ludzi, którzy naprawdę rozumieją obliczenia kwantowe i potrafią sformułować problem, zanim w ogóle zaczną pisać kod” – powiedział.
To, co to oznacza z punktu widzenia umiejętności, jako iż CIO planują przyszłość, w której obliczenia kwantowe będą częścią zestawu technologii, jest według Lindstroma historią podobną do podnoszenia kwalifikacji wymaganych w przypadku procesorów graficznych.
„Ludzie są świadomi możliwości procesorów graficznych, ponieważ od tak dawna stanowią one część ekosystemu obliczeniowego, ale niekoniecznie muszą wiedzieć, jak zbudować procesor graficzny – muszą jedynie zrozumieć interfejsy API [application programming interfaces] i do jakich problemów można wykorzystać procesory graficzne.”
