Ein Team aus Ingenieuren, Physikern und Quantenspezialisten bei Google Research hat herausgefunden, dass die Reduzierung des Rauschens auf ein bestimmtes Niveau es dem Sycamore-Quantenchip des Unternehmens ermöglicht, klassische Computer mit Random Circuit Sampling (RCS) zu schlagen.
In ihrer Studie veröffentlicht im Tagebuch Naturoptimierte die Gruppe die Bedingungen, unter denen ihr Prozessor lief, um die Menge an Rauschstörungen auf ein Niveau zu reduzieren, das es ihm ermöglichte, klassische Computer mit RCS zu übertreffen.
Informatiker versuchen seit mehreren Jahrzehnten, einen wirklich nützlichen Quantencomputer zu bauen, aber sie haben noch keinen gebaut, der sein ursprüngliches Versprechen hält: Algorithmen auszuführen, für deren Fertigstellung klassische Supercomputer Hunderte, Tausende oder sogar Millionen von Jahren brauchen würden. Dennoch wurden mit der Einführung neuer Technologien kontinuierliche Fortschritte erzielt.
Forscher haben Algorithmen entwickelt, die entweder auf einem herkömmlichen Supercomputer oder einem Quantencomputer ausgeführt werden können, um ihre Fähigkeiten miteinander zu testen. Ein solcher Algorithmus ist der RCS, der im Wesentlichen nichts anderes tut, als eine Reihe von Zufallszahlen zu generieren.
Eine der größten Hürden für Forscher sind Fehler, die durch Umgebungslärm verursacht werden. Dies hat dazu geführt, dass intensiv nach Methoden zur Fehlerkorrektur geforscht wurde, oder besser gesagt nach Methoden, um Fehler von vornherein zu verhindern. Solche Untersuchungen haben zu Erkenntnissen geführt, die darauf hindeuten, dass Hintergrundgeräusche in der Umgebung Fehler verursachen können – solche Geräusche sind natürlicher Natur oder umgebungsbedingter Natur; Es kann durch Temperaturänderungen, Magnetfelder oder sogar Weltraumstrahlung verursacht werden.
In dieser neuen Studie arbeiteten die Forscher von Google daran, Hintergrundgeräusche zu reduzieren. Dazu gehörte es, den Chip während des Betriebs in eine Kammer mit nahezu absolutem Nullpunkt zu bringen. Sie fanden heraus, dass bereits geringfügige Reduzierungen des Rauschens, beispielsweise von einer fehlerfreien Rate von 99,4 % auf 99,7 %, zu dramatischen Leistungsänderungen führten.
Sie konnten auch die Fehlerrate ihres Chips so weit reduzieren, dass er beim Ausführen des RCS einen „Quantenvorteil“ erzielen konnte – was darauf hindeutet, dass Wissenschaftler dem Traum eines wirklich nützlichen Quantencomputers immer näher kommen.
Weitere Informationen:
A. Morvan et al., Phasenübergänge bei der Zufallsstichprobenentnahme, Natur (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07998-6
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