Quantum Machines и Nvidia создадут квантовый компьютер, способный исправлять ошибки

Полтора года назад стартап Quantum Machines, занимающийся квантовым управлением, и компания Nvidia объявили о сотрудничестве. Хотя долгое время не было сообщений о результатах этого сотрудничества, сейчас появились первые успехи, которые помогают индустрии приблизиться к созданию квантового компьютера, способного исправлять ошибки.

В рамках сотрудничества произойдет объединение вычислительной платформы DGX Quantum от Nvidia с передовым квантовым управляющим оборудованием от Quantum Machines. Йонатан Коэн, один из основателей и технический директор стартапа, заявил, что давно ставит цель использовать универсальные классические вычислительные системы. Раньше они были ограниченными, но с появлением Nvidia DGX эта проблема ушла в прошлое. По словам Коэна, идеальной целью является запуск квантовой коррекции ошибок, но на данном этапе технологии этого не позволяют. Сейчас их сотрудничество сосредоточено на калибровке так называемых «π-пульсов», которые управляют вращением кубитов в квантовом процессоре.

На первый взгляд может показаться, что калибровку достаточно выполнить один раз — откалибровать процессор перед запуском алгоритма. Однако ситуация обстоит сложнее. «Если взглянуть на производительность современных квантовых компьютеров, можно заметить относительно высокую точность, — отметил Коэн. — Но когда пользователи начинают работать с компьютером, точность часто падает. Она колеблется. Регулярная перекалибровка с использованием таких методов и соответствующего оборудования может значительно улучшить производительность».

Постоянная корректировка этих импульсов в режиме, близком к реальному времени, является крайне сложной вычислительной задачей. Однако поскольку квантовая система всегда немного отличается, это также представляет собой проблему управления, которую можно решить с помощью методов обучения с подкреплением.

«Когда квантовые компьютеры становятся более мощными и производительными, возникает множество проблем, которые требуют значительных вычислительных ресурсов, — сообщил Сэм Стэнвик, менеджер группы по продуктам Nvidia в области квантовых вычислений. — Коррекция квантовых ошибок — это действительно одна из самых масштабных задач. Она необходима для достижения устойчивых к ошибкам квантовых вычислений, а также для того, чтобы применять именно те контрольные импульсы, которые обеспечивают максимальную отдачу от кубитов».

Стэнвик также подчеркнул, что до появления DGX Quantum не существовало систем, которые могли бы обеспечить необходимую минимальную задержку для выполнения таких расчетов.

Как оказалось, даже незначительное улучшение в калибровке может привести к значительным изменениям в коррекции ошибок. «Возврат инвестиций в калибровку в области квантовой коррекции ошибок имеет экспоненциальный характер, — отметил менеджер по продуктам компании Quantum Machines, Рамон Шмук. — Если вам удастся улучшить калибровку на 10%, это обеспечит экспоненциальное улучшение по логическим ошибкам в логическом кубите, который состоит из множества физических кубитов. Таким образом, есть большая мотивация для того, чтобы выполнять калибровку максимально эффективно и быстро».

Это только начало процесса оптимизации и сотрудничества. Фактически команда применила несколько доступных алгоритмов и проанализировала, какой из них показал наилучшие результаты (в данном случае это оказался TD3). В общей сложности код для проведения эксперимента состоит всего из примерно 150 строк. Но это основано на большой работе, которую обе команды проделали для интеграции различных систем и разработки программного обеспечения. На практике, для разработчиков вся эта сложность может быть скрыта, и обе компании планируют со временем создать все больше открытых библиотек, чтобы воспользоваться расширенной платформой.

Шмук отметил, что команда для данного проекта использовала лишь базовый квантовый контур, однако этот метод можно адаптировать и для более сложных цепей.

«Можно сказать, что этот отдельный результат представляет собой небольшой шаг, но он приближает нас к решению ключевых задач. Эффективные квантовые вычисления потребуют тесной интеграции с мощными суперкомпьютерами, что станет одной из самых сложных инженерных задач. Таким образом, реализация этого на квантовом компьютере и настройка импульсов для оптимизации работы как на небольших, так и на масштабируемых платформах помогут решить многие важные проблемы в области квантовых вычислений», — добавил Стэнвик.

Стэнвик также отметил, что компании планируют продолжать совместную работу и предоставят эти инструменты большему числу исследователей. С выходом чипов Blackwell от Nvidia в следующем году у них будет более мощная вычислительная платформа для этого проекта.

Nvidia стала самой дорогой компанией в мире после рекордного роста акций, вызванного большим спросом на ее специализированные чипы искусственного интеллекта. По данным LSEG, рыночная стоимость акций Nvidia на короткое время достигла $3,53 трлн, что немного выше стоимости Apple — $3,52 трлн. Но в конце дня производитель iPhone снова занял лидирующую позицию в списке самых дорогих компаний в мире.