Według Microsoftu, superkomputer kwantowy odporny na awarie jest o krok bliżej. Nowa mapa drogowa zespołu Microsoft Azure Quantum określa sześć kroków wymaganych do osiągnięcia celu, jakim jest stworzenie maszyny zdolnej do rozwiązywania niektórych z najbardziej złożonych problemów na świecie. Microsoft zaprezentował także nową sztuczną inteligencję „Drugi pilot kwantowy” i Quantum Elements, produkt, który łączy HPC, sztuczną inteligencję i technologię kwantową w celu przyspieszenia odkryć naukowych.

Plan działania opiera się na pierwszym stworzeniu kubitów topologicznych w zeszłym roku. Są one postrzegane jako wymóg dla prawdziwych, odpornych na uszkodzenia komputerów kwantowych, ponieważ są one mniej podatne na szumy i błędy innych form kubitów. Microsoft twierdzi, że używa cząstek znanych jako Majorana w stanie topologicznym, aby stworzyć podstawę swoich kubitów. „To przypomina wynalezienie stali, które prowadzi do rozpoczęcia rewolucji przemysłowej” — twierdzi Krysta Svore, wiceprezes Microsoftu ds. zaawansowanego rozwoju technologii kwantowych.

Microsoft twierdzi, że kubity logiczne, utworzone z wielu kubitów fizycznych, są wymagane dla prawdziwego superkomputera kwantowego. Im bardziej stabilny kubit zaczynasz, tym łatwiej jest skalować do poziomu superkomputera, ponieważ potrzebujesz mniej kubitów fizycznych na kubit logiczny. Firma twierdzi, że eksperymentowała ze wszystkimi formami kubitów, w tym ze spinem, transmonem, gatemonem i innymi, ale żadna nie skalowała się skutecznie.

Jego inżynierowie stwierdzili, że posiadanie naprawdę stabilnego i skalowalnego superkomputera kwantowego wymaga „kubitów topologicznych”. Aby to osiągnąć, potrzebny był przełom w fizyce, który wymykał się naukowcom przez prawie sto lat. Microsoft osiągnął to w zeszłym roku, tworząc i manipulując materią w stanie topologicznym. W tym stanie kubity są łatwiejsze do manipulowania, bardziej stabilne i mają mniejszy ślad, co pozwala na większą skalę.

Następnym etapem Microsoftu na drodze do superkomputera kwantowego jest stworzenie „kubitów chronionych sprzętowo”, zwanych inaczej kubitami topologicznymi, które mają wbudowaną ochronę przed błędami i mogą być skalowane w celu obsługi niezawodnego kubitu. Każdy z tych kubitów musi być mniejszy niż 10 mikronów, aby zmieścić milion na chipie wielkości karty kredytowej i być w pełni kontrolowany.

Pozostałe etapy obejmują poprawę jakości tych kubitów chronionych sprzętowo, aby umożliwić splątanie i zmniejszyć wskaźniki błędów. Następnie liczbę kubitów należy zwiększyć i połączyć w programowalny procesor QPU. Końcowe etapy to praca nad odpornością i budowanie tego, co Microsoft nazywa rQOPS, nową metryką do śledzenia niezawodnych operacji kwantowych na sekundę.

Nie ma żadnych ram czasowych, kiedy można by to osiągnąć, ale Microsoft Azure twierdzi, że oczekuje, że cała mapa drogowa zostanie ukończona w „latach, a nie dekadach”, więc możemy zobaczyć jej uruchomienie przed końcem tej dekady.

Microsoft Quantum Elements: trzy etapy rozwoju kwantowego

Microsoft dzieli erę kwantową na trzy etapy, zaczynając od obecnego NISQ, czyli hałaśliwego etapu komputerów kwantowych, które są podatne na błędy i działają na małą skalę. „Ostateczne odblokowanie nastąpi, gdy organizacje będą w stanie dokładnie projektować nowe chemikalia i materiały za pomocą superkomputera kwantowego” — mówi firma. Aby to osiągnąć, przemysł będzie podążał ścieżką podobną do tej, jaką podążał rozwój klasycznych superkomputerów, przechodząc od lamp próżniowych do tranzystorów i dalej do układów scalonych umieszczanych na dużą skalę.

Treści od naszych partnerów

Kolejnym etapem jest odporność, ponieważ systemy kwantowe zaczynają działać na niezawodnych kubitach logicznych, które są wystarczająco stabilne, aby wykonywać prawdziwe obliczenia. Gdy to zostanie ustalone, rozpocznie się ostateczny poziom, gdy superkomputery kwantowe skalują się do poziomu i potencjału niemożliwego w przypadku obecnych lub przyszłych klasycznych superkomputerów.

Satya Nadella, dyrektor generalny Microsoftu, powiedział, że celem jest „skompresowanie następnych 250 lat postępu chemii i materiałoznawstwa w ciągu następnych 25”, wskazując na skalę mocy obliczeniowej możliwej dzięki superkomputerowi kwantowemu. Częściowo będzie to możliwe dzięki ogłoszeniu Azure Quantum Elements, połączenia technologii kwantowej, sztucznej inteligencji i obliczeń o wysokiej wydajności w celu przyspieszenia badań naukowych.

Według Azure, pozwala to programistom i naukowcom skrócić czas badań i rozwoju oraz przygotować się do skalowanych obliczeń kwantowych. Twierdzi, że niektórzy klienci widzą przyspieszenie niektórych symulacji chemicznych o 500 000 razy – kompresując rok obliczeń do minuty.

Sztuczna inteligencja i kwant są ze sobą powiązane

„Chemia jest we wszystkim” — powiedział Ansgar Schaefer, wiceprezes BASF, jeden z pierwszych użytkowników Quantum Elements. Schaefer kieruje firmowymi badaniami chemii kwantowej i powiedział: „Aby móc ulepszać produkty i procesy, tak naprawdę chodzi o zrozumienie chemii, która za nimi stoi na poziomie mikroskopowym. Im bardziej złożone jest wyzwanie, tym większa jest wymagana moc obliczeniowa. [Azure Quantum Elements] to narzędzie, które daje nam dodatkową wymaganą zdolność, aby pomóc w rozwijaniu zupełnie nowych podejść badawczych oraz zwiększaniu wydajności i szybkości rozwoju”.

Quantum Elements zawiera modele chemiczne Microsoft AI i uruchamia je w hybrydowym środowisku kwantowym/HPC. Można ich również poinstruować za pomocą Copilot, podstawowego narzędzia sztucznej inteligencji opartego na modelu języka naturalnego firmy Microsoft.

Copilot został już uruchomiony w całej rodzinie produktów Microsoft, w tym Windows, GitHub i Microsoft 365. „Copilot w Azure Quantum pomaga naukowcom używać języka naturalnego do rozumowania złożonych problemów chemii i materiałoznawstwa” — wyjaśniła firma.

Czytaj więcej: Maszyna kwantowa IBM pokonuje superkomputer