- โปรเซสเซอร์ Willow ของ Google ลดอัตราความผิดพลาดลง 40 เท่า ความถูกต้องของตรรกะสูงถึง 99.99%
- เทคโนโลยีการเพาะปลูกสถานะเวทมนตร์สามารถสร้างสถานะควอนตัมที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งมีความสำคัญต่อการคำนวณควอนตัม
- นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าสถานะควอนตัมสามารถถ่ายโอนระหว่างวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันได้
- Google ยอมรับว่ายังต้องพิสูจน์ประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการเพาะปลูกในขนาดที่ใหญ่ขึ้น
Google ได้ประกาศเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่า โปรเซสเซอร์ Willow ของตนแสดงให้เห็นว่าอัตราความผิดพลาดลดลง 40 เท่าเมื่อเตรียมสถานะควอนตัมเฉพาะ ซึ่งความก้าวหน้านี้ช่วยแก้ไขปัญหาหมายเลขหลักในคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้ เทคโนโลยีนี้เรียกว่า "การเพาะปลูกสถานะเวทมนตร์" โดยมีความถูกต้องของตรรกะสูงถึง 99.99% สามารถสร้างสถานะควอนตัมที่มีความแม่นยำสูงซึ่งจำเป็นต่อการทำคำนวณที่ซับซ้อน สถานะเหล่านี้มีความสำคัญต่อการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การสร้างสถานะเวทมนตร์เหล่านี้เป็นความท้าทายหลักมานาน สถานะเหล่านี้มีความจำเป็นต่อการทำคำนวณควอนตัมที่ซับซ้อน แต่การสร้างพวกมันด้วยอัตราความผิดพลาดที่ต่ำพอสมควรต้องใช้ทรัพยากรการคำนวณจำนวนมาก
มีการประมาณการบางอย่างแสดงให้เห็นว่า คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจใช้ทรัพยากรถึง 95% ในการสร้างสถานะเหล่านี้ ในขณะที่พื้นที่สำหรับการคำนวณจริงนั้นมีจำกัด ปัญหาคือแต่ละสถานะเวทมนตร์สามารถใช้ได้เพียงครั้งเดียว ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องสร้างสถานะใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อดำเนินการ Google ได้แสดงการทดลองล่าสุดที่แสดงวิธีการลดภาระทรัพยากรนี้
เทคโนโลยีการเพาะปลูกสถานะเวทมนตร์
ในปี 2024 นักวิจัยด้านปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมของ Google ได้แก่ Craig Gidney, Noah Shutty และ Cody Jones ได้พัฒนาเทคโนโลยีการเพาะปลูกสถานะเวทมนตร์และปรับปรุงวิธีการทฤษฎีในช่วงแรก วิธีการนี้คล้ายกับตัวกรอง โดยนักวิจัยจะนำสถานะควอนตัมที่มีข้อผิดพลาดเข้าสู่อาณาเขตขนาดเล็กของโปรเซสเซอร์ และทำการวัดที่ประสานกันอย่างรอบคอบเพื่อระบุปัญหา ความพยายามที่ไม่ผ่านการตรวจสอบจะถูกทิ้งไป ในขณะที่ความพยายามที่ผ่านการตรวจสอบจะสร้างสถานะควอนตัมที่บริสุทธิ์มากขึ้น สถานะเหล่านี้สามารถขยายออกไปเป็นรูปแบบขนาดใหญ่ที่เหมาะสมกับการดำเนินการควอนตัมที่ซับซ้อนมากขึ้น
แม้ว่าวิธีการนี้จะแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในทางทฤษฎี แต่การแสดงผลในฮาร์ดแวร์ควอนตัมจริงต้องการการปรับปรุงทางวิศวกรรมหลายประการ ในการทดลองในช่วงแรก นักวิจัยของ Google ได้แก่ Emma Rosenfeld พบกับผลการวัดที่ไม่คาดคิด หลังจากการทดสอบและการจำลองหลายเดือน ทีมงานได้ติดตามปัญหาที่เกิดจากเสียงรบกวนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุณหภูมิในห้องทดลอง ซึ่งการรบกวนนี้ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของวิธีการวัดที่มีอยู่ ทีมวิจัยได้แก้ไขปัญหานี้โดยการปรับปรุงการควบคุมโปรเซสเซอร์และพัฒนาเทคนิคการทดสอบมาตรฐานใหม่ที่ใช้กระบวนการเพาะปลูกเองในการประเมินผลลัพธ์
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ช่วยให้โปรเซสเซอร์ Willow ลดอัตราความผิดพลาดลง 40 เท่า และในการทดลองยังผลิตสถานะตรรกะ T ที่มีความถูกต้องรายงานอยู่ที่ 99.99% เมื่อเปรียบเทียบกับสถานะควอนตัมที่ยังไม่ได้เพาะปลูก
การถ่ายโอนสถานะควอนตัม
นอกจากการลดอัตราความผิดพลาดแล้ว นักวิจัยของ Google ยังแสดงให้เห็นว่าสถานะควอนตัมที่บริสุทธิ์สามารถถ่ายโอนระหว่างวิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันได้ ทีมงานได้ถ่ายโอนสถานะจากการเข้ารหัสสีที่มีระยะห่าง 3 ไปยังการเข้ารหัสพื้นผิวที่มีระยะห่าง 5 ซึ่งเป็นวิธีการจัดระเบียบข้อมูลควอนตัมเพื่อการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด โดยระยะห่างจะบ่งบอกถึงระดับการป้องกันต่อข้อผิดพลาดบางประเภท กระบวนการนี้เรียกว่า "การเชื่อมต่อ" แสดงให้เห็นว่าสถานะที่ถูกเตรียมอย่างรอบคอบสามารถถ่ายโอนไปยังวิธีการทั้งสองนี้ได้สำเร็จในฮาร์ดแวร์จริง ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตอาจต้องรวมเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันเพื่อให้สามารถดำเนินการคำนวณได้อย่างเชื่อถือได้ ในขณะที่จำกัดความต้องการด้านฮาร์ดแวร์
อย่างไรก็ตาม การสาธิตนี้ไม่ได้หมายความว่า Google ได้ขจัดปัญหาสถานะเวทมนตร์หรือสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีความทนทานต่อข้อผิดพลาด บริษัทยอมรับว่าเทคโนโลยีการเพาะปลูกยังต้องได้รับการพิสูจน์ในขนาดที่ใหญ่ขึ้นเพื่อสนับสนุนการใช้งานควอนตัมที่มีประโยชน์ การวิจัยนี้ได้เผยแพร่ในวารสาร Science
Google แก้ไขปัญหาคอมพิวเตอร์ควอนตัมอย่างไร
ความก้าวหน้าล่าสุดของ Google ในด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีการเพาะปลูกสถานะเวทมนตร์สามารถลดอัตราความผิดพลาดได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีความสำคัญต่อการใช้งานของคอมพิวเตอร์ควอนตัม หนึ่งในความท้าทายของการคำนวณควอนตัมคือการสร้างสถานะควอนตัมที่มีความแม่นยำสูง และการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้สำเร็จอาจทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการแก้ไขปัญหาการคำนวณที่ซับซ้อน นอกจากนี้ ความสามารถในการถ่ายโอนสถานะควอนตัมระหว่างเทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันยังมอบความยืดหยุ่นและความเชื่อถือได้ที่มากขึ้นสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต อย่างไรก็ตาม Google ยังคงต้องตรวจสอบการใช้งานของเทคโนโลยีนี้ในขนาดที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้สามารถบรรลุการคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดได้จริง