Google разработи квантов процесор, който се самонастройва в реално време за по-сложни изчисления

Изследователи от отделите на Google Quantum AI и DeepMind разработиха система, която автоматично настройва квантовия процесор още по време на изчисленията. Обикновено параметрите на кубитите постепенно се променят поради колебания в температурата, шума и дефекти в оборудването. Затова квантовият компютър трябва да се спира за дълго време и да се калибрира наново. Новият метод позволява това да се прави на момента, без да се прекъсват изчисленията.

Калибрирането е най-важният процес при настройването на кубитите за работа. Това в по-малка степен се отнася за кубитите на йони и неутрални атоми — те са идентични по природа, но за свръхпроводящите кубити на джозефсонови преходи, които използва квантовият процесор на Google, това е ключова процедура за подготовка на кубитите. Съвременното производство не е готово да произвежда масиви от джозефсонови преходи с еднакви параметри, затова на практика всеки един от тях трябва да се калибрира.

Още по-лошо е, че по време на работа се наблюдава отклонение на стотици параметри на всеки кубит, което води до появата на грешки в допълнение към обичайните случайни грешки, възникващи при изпълнението на квантови алгоритми. Веднага щом нивото на „грешките при калибрирането“ стане забележимо, програмата трябва да бъде прекъсната и процесорът да бъде калибриран наново, което отнема седмици. По подразбиране технологиите за корекция на грешките не са предназначени за коригиране на отклоненията в параметрите на кубитите и свързаните с тях изчислителни грешки.

Разработчиците от Google успяха да създадат система, която за разпознаване на „грешките при калибрирането“ използва данни, които вече са събрани за корекция на обичайните квантови грешки. Въз основа на честотата на грешките тя определя кои параметри на процесора са започнали да се отклоняват от оптималните стойности. След това алгоритъмът за обучение с подсилване постепенно променя настройките на управляващите импулси и квантовите операции, като проверява дали броят на грешките намалява.

Нови хоризонти пред търговското приложение

Методът е тестван на свръхпроводящия процесор Google Willow. Алгоритъмът е контролирал едновременно над хиляда параметъра. След обичайната настройка допълнителната автоматична калибрация е намалила броя на логическите грешки с около. 20%. При специално предизвикано отклонение на параметрите на кубитите системата е намалила броя на грешките с 24–31% и е направила работата на процесора няколко пъти по-стабилна.

Изследователите също така моделираха по-голяма система, в която трябваше да се контролират около 40 хил. параметри. Резултатите показаха, че подходът може да се мащабира, тъй като всяка грешка обикновено е свързана само с малка група съседни кубити. Това все още не означава, че квантовият компютър ще може да работи безкрайно, без да спира за поддръжка. Въпреки това технологията показва, че системата за корекция на „грешките при калибрирането“ може не само да поправя сривовете, но и постоянно да поддържа самия процесор в оптимално състояние.

Всъщност автокалибрирането на свръхпроводящите кубити ще бъде необходимо едва когато алгоритмите станат достатъчно дълги, което очевидно няма да се случи скоро. Но Google работи с изпреварване и показва готовност за това, когато настъпи моментът.