Квантовый компьютер DARPA. Квантовый шум и решение проблемы

Развитие вычислительных технологий еще лет 50 назад шло рука об руку с экстраполяцией Гордона Мура. Однако, когда экстраполяция стала изживать себя, ей на смену пришли новые принципы развития технологий, обещающие прокачку как вычислительных устройств, так расширение области про биологию и сознание человека.

Квантовый шум

Программа DARPA заявляет о прорыве в области квантовых вычислений. Программа «Оптимизация с помощью квантовых устройств промежуточных результатов с шумом» (ONISQ) создала первую в мире квантовую схему с логическими кубитами – квантовыми битами.

Статус квантовых компьютеров

Основанные на концепциях, которые кажутся магией или безумием, квантовые вычисления могут произвести революцию в вычислительных системах. Примерно на уровне революции повсеместной электрификации. И речь не только о самих вычислениях, но и о симуляции биологических процессов. Многообещающе выглядит система имитации синтеза дофамина в организме человека, принципы которой ложатся на нейросети.

Используя квантовые эффекты и достаточно сложные математические принципы, квантовые вычисления на несколько порядков превосходят классические алгоритмы и системы обработки данных. Развитие квантовых компьютеров способно раздвинуть границы искусственного интеллекта, биохимии, криптографии и это только верхушка айсберга.

Все это звучит очень привлекательно, но сейчас каждый новый шаг в развитии квантовых компьютеров сопровождается падением. Это не дает вывести квантовые вычисления за рамки экспериментальной фазы. И причина тому избыток шумов. В то же время медленные системы но без шумов предлагают потенциал по развертыванию систем имитации деятельности человеческого мозга в онлайн режиме.

Ошибок не совершает тот, кто лежит на диване

Вот так можно в одной статье подружить квантовые вычисления и философию Стэтхэма. Шутки шутками, но квантовые вычисления совершаются с очень высоким уровнем ошибок. И это нормально, учитывая природу этих вычислений. Если человек может закинуться фенотропилом, чтобы сознание прояснилось, то есть ли такой же инструмент для квантовых систем?

Ведь сам принцип квантового компьютера в том, что теперь нет двоичной системы, и вместо привычных единиц и нулей из классических вычислений, используемый счетный элемент может быть единицей, нулем или тем и другим одновременно, в одно и то же время.

В принципе, это нормально, так как каждый из нас может одновременно быть работником, семьянином, экспертом по ЛоРу Вархаммера, криптоанархистом и специалистом в геополитике. Важно не пытаться одновременно проявить свои качества, а скорее «адаптировать поведение» к конкретной среде, в которой находишься. Такой адаптацией процессоров и занялись в DARPA.

Навести резкость на квантовый шум

Одно из решений в том, чтобы превратить эти склонные к ошибкам процессоры, которые еще называют «шумные», во что-то более практичное. Решение кроется на стыке интеграции квантовых систем с классическими. В случае с DARPA это решение нащупывалось путем оптимизации. Чтобы собрать достаточно сбалансированную систему, в основе которой лежат ридберговские кубиты. Если упрощать, то эти кубиты помогают квантовой системой занимать только два состояния.

Ридберговские кубиты и прямая речь разработчиков

Ридберговские кубиты ценны однородностью свойств. Другими словами – каждый кубит неотличим от другого своим поведением. Это свойство не распространяется на другие платформы, такие как сверхпроводящие кубиты. У них каждый кубит уникален и, следовательно, не взаимозаменяем. Как и нейроны в мозге человека. Поэтому сохранение высокой работоспособности завязано не на наращивании количества нейронов, а на развитие и упорядочивание связей между ними.

Однородность ридберговских кубитов позволяет им быстро масштабироваться, а также позволяет легко манипулировать ими, и перемещать их с помощью лазеров в квантовой схеме. Не опасаясь каскада ошибок по всему чипу. Инновация здесь в том, что мы можем позволить себе динамическую реконфигурацию кубитов на квантовом чипе, без ограничений в последовательном запуске квантовых цепей.

Мы можем переносить целые коллекции кубитов из одной части схемы в другую с помощью лазерного пинцета. После чего запускаем операцию, получаем результат, а затем возвращаем кубиты в стартовую точку. Динамически реконфигурируемые и транспортабельные кубиты Ридберга открывают новые принципы и концепции для проектирования масштабируемых процессоров квантовых вычислений.

Доктор Мукунд Венгалатторе, менеджер программы ONISQ в Управлении оборонных наук DARPA.

Квантовый шум. Результаты подавления

Сейчас ученым DARPA удалось соединить 48 логических кубитов, но для достижения уровня сложности, необходимого для практических квантовых компьютеров, потребуется гораздо больше. Однако с новой методологией разработка займет гораздо меньше времени и ресурсов, чем предполагалось изначально. Первичные прогнозы указывали на то, что для создания отказоустойчивого квантового компьютера потребуются миллионы. Но теория трансгуманизма указывает на то, что развитие технологий опережает даже достаточно смелые прогнозы.

Если бы три года назад, когда стартовала программа ONISQ, кто-то только предположил бы, что ридберговские нейтральные атомы, речь про возбужденный атом с одним или несколькими электронами, имеющими очень высокое главное квантовое число, могут функционировать как логические кубиты, никто бы в это не поверил.

В DARPA поступили предусмотрительно, сделав ставку на потенциал этих менее изученных кубитов наряду с более хорошо изученными ионами и сверхпроводящими цепями. Как исследовательская программа, ONISQ дала исследователям свободу действий для изучения уникальных и новых функций, выходящих за рамки просто оптимизации. В результате команда под руководством Университета Гарварда смогла гораздо эффективнее использовать потенциал этих ридберговских кубитов и превратить их в логические кубиты, что стало важным открытием.

Доктор Гвидо Зуккарелло, технический советник DARPA.

Чего стоит квантовый шум и ридберговские кубиты?

Квантовый компьютер получил еще одно поле для возможной реализации. Что касается уровня шума, то каждый из нас обладает встроенной системой обучения, которая как раз работает в шумной среде данных. И именно благодаря этой системе мы зовемся людьми. Более того, уже ведутся исследования по интеграции органического материала на кремниевый чип. И результат впечатляет.

Кто знает, может именно за гибридными системами лежит дальнейшее слияние человеческого сознания и искусственных нейросетей, что поведет все человечество к Сингулярности… А что насчет этого думаете вы? Поделитесь мнением в комментариях.