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2024-12-10 05:30:00
Google またはその関連会社 Google 量子 AI、 紹介された Willow と呼ばれる最新の量子プロセッサです。これには 105 個の超伝導物理量子ビットがあり、2 つの重要な記録を保持しています。
まず、Willow プロセッサは、修正コードと組み合わせることで、より多くの量子ビットを使用するため、量子エラーを指数関数的に減らすことができます。そして第二に、Willow は、今日の最高のスーパーコンピューターでは 1025 年かかる規模で、RCS タスク (詳細は後述) を 5 分以内に計算できます。
今回、Googleは、量子的優位性や優位性の達成など、上位の結果に他の不必要な形容詞を追加していません。簡単に言うと、量子コンピュータは通常のマシンでは計算できないこと、または古典的なマシンではより長い時間で実行できることを計算できるということです。
Google が最初の 56 量子ビット Sycamore 量子プロセッサを導入してから 5 年が経過しました。ちょうどそのとき、彼は量子超越性を発表し、古典的なコンピューターでは 10,000 年かかるのに対し、プロセッサーは数分で RCS タスクを計算できると述べました。数日後、IBM は自社のスーパーコンピューターで指定されたタスクを 3 日で計算できることに気づきました。そして今日、シカモアが解決したのと同じタスクを、古典的なコンピューターでも数分で計算できるようになりました。中国が量子超越性を主張する同様の発表をしたことで、同じ歴史が繰り返されました。
量子ベンチマーク
RCSとは英語のランダム・サーキット・サンプリングの略称です。 Google は、実用性がまったくないこの理論上のタスクを一貫して使用しています。しかし、他のプレイヤーはそれほどではありません。 Googleは、これが量子コンピュータにとって最も難しいベンチマークであると言ってこれを正当化している。私はおそらくあまり同意しないでしょう。たとえば、量子ボリュームはさらに難しく、より多くの量子ビットを備えた超伝導プロセッサのメーカーはそれを使用していません。 Google の 2 番目の主張は、量子的な利点を実現する量子コンピューターは、まずいずれにしても高い RCS スコアを持っている必要があるということです。あなたもおそらくそれに同意できるでしょう。
クラシック PC の RCS の改善がまだ期待できます。 Google はその結果を Frontier スーパーコンピューター (ほぼ 1.4 エクサフロップスの性能を持つ世界で 2 番目に速いマシン) と比較しましたが、さらにそれは保守的であり、古典的なコンピューターのさまざまな物理的制限を無視していました。たとえば、このタスクはメモリを非常に消費するため、RAM と CPU 間の通信帯域幅が影響します。しかし、Willow プロセッサで示された結果はこれまでのところ、古典的なコンピュータが量子コンピュータに追いつけなくなるのがすでに現実的です。
論理量子ビットと量子エラー抑制
2 番目の革新は、量子エラーと論理量子ビットの指数関数的な削減に関するものです。私たちは物理量子ビットだけでは十分ではないことを長い間知っていました。たとえば、単一量子ビット操作のエラー率は約 0.035 パーセントです。これを達成できるのは最高の量子ビットのみです。ただし、実際の計算では、10 ～ 5 パーセント以下の誤差率を達成する必要があります。技術的には、物理量子ビットを改良するだけではそこに到達することはできません。
これが、論理量子ビットについて話す理由です。これらは修正メカニズムを備えたいくつかの物理量子ビットであり、理想的には物理量子ビットよりもエラー率が低い 1 つの「論理」量子ビットとして表示されます。しかし課題は、量子情報はコピーできないことです。これは、すべてを 2 回実行したり、2 つの量子ビットを単純に比較するためのバックアップを作成したりすることはできないことを意味します。したがって、修正メカニズムは従来のコンピューターよりも何倍も複雑になります。
論理量子ビットの回路図
著者: Google
超電導チップの場合、エラー訂正のための最も一般的なメカニズムは、いわゆる表面コードです。これは物理量子ビットの行列であり、簡単に言えば、1 つの論理量子ビットを構成します。理論的には、取得する行列が大きいほど、達成できる誤差は小さくなります。ただし、行列が大きくなると、不完全な物理量子ビットの数が増えるため、修正メカニズムでのエラーが増加します。
これら 2 つは互いに真っ向から対立します。これは、今日のほとんどの量子コンピューターは、より多くの量子ビットからのエラーによって支配されていることを意味します。ただし、Willow はこの制限を下回っており、量子ビットの数が増えると、結果として生じる誤差が減少しました。
Google では、3 × 3、5 × 5、および 7 × 7 の表面コード行列を実験的にテストしました。その結果、より大きな行列ごとに、結果として生じる誤差は前のものの半分になりました。したがって、行列のサイズの各ステップで誤差が半分になる、つまり物理量子ビットが増えると、実際には量子誤差が指数関数的に抑制されることを意味します。
Google Willow a matice 7 × 7
著者: Google
Google はいくつかのイノベーションを通じてこれを達成することができました。これは主に物理量子ビットのパラメータを改善することですが、量子エラーをリアルタイムで修正することも目的としています。修正メカニズムの面でも改善が見られます。これは画像でも確認できます。画像では、7 × 7 マトリックスに Willow 量子プロセッサ全体が使用されています。
正しい道を進んでいるが、フォードはまだ遠い
この時点で、量子プロセッサの新しい王として Willow について話すことができます。これまでのところ、最近 156 量子ビットにアップグレードされた IBM Heron モデルが最良であると考えられていました。 Heron はより多くの量子ビットを持っていますが、その品質は Willow の量子ビットよりも低くなります。そのおかげで、彼は前述のような素晴らしい成績と記録を達成しました。 GoogleがIBMのように自社の量子チップをクラウドを通じて広く一般に利用可能にしないのは残念だ。
Googleの量子ロードマップ
著者: Google
画像はGoogleのロードマップを示しています。同社は、コヒーレンス時間が長いため数十億の量子演算を処理できる、最初の真の論理量子ビットに向けて順調に進んでいます。
Google は量子の優位性や優位性を提示しませんでした。結局のところ、専門家コミュニティはこれらの用語にアレルギーを持ち始めています。各マーケティング部門は、これらのことを独自の方法で曲げます。それについては Google に感謝します。
つまり、Willow でさえ、実用的なコンピューティングにおいて量子プロセッサがラップトップよりも優れている瞬間を表すものではありません。しかし、Google はうまくいくはずの道を示しており、私の推測では 1 ～ 3 年以内に量子的優位性の最初のケースが現れるでしょう (おそらく Google と、あるいは競合他社と)。これは、量子コンピューターが従来のスーパーコンピューターよりも高速に実用的な計算を行うことを意味します。それほど多くはありませんが、必ず存在します。
これを読んだ読者は、あとは Willow 品質 (またはそれ以上) の物理量子ビットを数千個備えた大規模な量子チップを構築するだけで成功した、という印象を受けるかもしれません。まあ、それはそう簡単ではないでしょう。
Google Willow 量子プロセッサは単なる小さなチップで、残りは冷却されています
著者: Google
Willow には現在 105 量子ビットがあります。通常、各量子ビットには、それを駆動するための 2 ～ 3 本の同軸ケーブルがあります。添付の写真を見ると、その「金色のシャンデリア」、つまり極低温冷却装置の内部は、実際にはケーブルでいっぱいです (量子チップは最下部に比較的非常に小さいです)。たとえば、1,000 量子ビットの場合は 10 倍の量が必要となり、より大規模な極低温システムが必要になります。もちろん、このケーブル配線を削減するための研究開発の非常に積極的で比較的成功した方向性もありますが、それなしでは間違いなく機能しません。
別の問題は、冷却媒体、つまりヘリウムである可能性があります。それは実際には自然に発生するものではなく（通常は核兵器の副産物として得られます）、量子コンピューターだけに使用するための競合他社がたくさんあります。超伝導量子ビットだけでなく、シリコンやフォトニック量子コンピュータも、それ自体の冷却や検出器の冷却に必要となります。
このように、私たちは実用的な量子コンピューターへの非常に良い道を進んでおり、Google はそれが実現可能であることを見事に提示しました。しかし、渡らなければならない浅瀬はまだ遠い。
#Google #は初めて本当に使える量子コンピューターを開発したのでしょうかまだズボンを脱がないでください浅瀬は遠いです