Amazon твърди, че нейните изследователи са комбинирали технологията на котешки кюбити и допълнителни компоненти за квантова корекция на грешки в микрочип, който може да се произвежда по мащабируем начин.

След Willow на Google през декември 2024 г. сега имаме още два нови квантови чипа, обявени през последната седмица на февруари 2025 г: Majorana 1 на Microsoft, а сега и Ocelot на Amazon.

„Изследователите на AWS – твърди Amazon – за първи път комбинираха технологията на котешки кюбити и допълнителни компоненти за квантова корекция на грешки върху микрочип, който може да бъде произведен по мащабируем начин с помощта на процеси, заимствани от микроелектронната индустрия.“

Предистория на новите квантови чипове

Три нови квантови чипа от трима отделни производители на квантови чипове в рамките на три кратки месеца са драматично развитие. Всички те се стремят да решат основния проблем при квантовите изчисления: крехкостта на квантовото състояние, което лесно се нарушава от най-малкото смущение на околната среда. Резултатът е недопустимо ниво на грешки при обработката.

Всяко решение изисква сложна квантова корекция на грешките, която понастоящем се счита за най-голямата пречка пред разработването на използваем квантов компютър – традиционният подход (ако нещо в квантовата област може да се нарече традиционно) е да се увеличи броят на кюбитите.

Проблемът тук е в огромния брой кюбити за коригиране на грешки (които можем да наречем физически кюбити), които са необходими, за да се осигури един работещ кюбит (който можем да наречем логически кюбит). По същество това изисква споделяне на информация между много – много много – физически кюбити, за да се реализира един логически кюбит. Именно огромният брой необходими физически кюбити възпрепятства разработването на мащабируеми квантови компютри. Корекцията на грешки е основна част от решението, като значително намалява броя на необходимите физически кюбити.

„Квантовите компютри не са универсална технология“, коментира Ребека Краутхамер, основател и главен изпълнителен директор на QuSecure. „Съществуват множество начини за изграждане на квантов компютър, всеки от които има различни компромиси.“ Всеки от тези нови чипове е възприел различен подход за намаляване на квантовата грешка; затова, преди да разгледаме как Ocelot се опитва да реши проблема с квантовата грешка, трябва да обобщим подходите на Willow и Majorana 1 и да ги сравним.

Willow

Използвайки свръхпроводими кюбити, коментира Трой Нелсън, главен технически директор в Lastwall, „Willow успя да намали процента на грешките както при обръщане на битове, така и при обръщане на фази, като подобри начина, по който се извършват физическите измервания на кюбитите.“

Марк Манзано, генерален мениджър по киберсигурност в SandboxAQ, добавя: „С фокуса си върху подобрената кохерентност на кюбитите и намалената честота на грешките Willow на Google има за цел да намали грешките с увеличаването на броя на кюбитите.“

Google потвърди това в съобщението си от декември: „Използвайки най-новите ни постижения в областта на квантовата корекция на грешки, успяхме да намалим процента на грешките наполовина. С други думи, постигнахме експоненциално намаляване на процента на грешките.“

Компанията твърди, че е постигнала „под прага“ за своите корекции на грешки, където „праг“ е теоретично ниво за нивото на грешки. Да бъдеш под прага означава, че е възможно да се изградят произволно големи квантови компютри.

Майорана 1

Майорана 1 на Microsoft не използва свръхпроводящи кюбити. „Той преследва фундаментално различен път за изграждане на кюбити с топологични кюбити – обяснява Краутхамър, – като се стреми към по-стабилна и устойчива на грешки система чрез използване на екзотични квантови състояния, наречени нулеви режими на Майорана“. Това беше само теоретично, докато Microsoft не разкри Майорана 1.“

По-стабилните кюбити означават, че ще са необходими по-малко физически кюбити за един логически кюбит. Microsoft твърди, че „днес компанията е поставила осем топологични кюбита върху чип, проектиран да се мащабира до един милион“. Но тази мащабируемост все още не е доказана на практика.

Скот Бест, старши директор на отдела за силициеви продукти за сигурност в Rambus, добавя: „Чипът Майорана 1 е забележителен пробив в квантовите изчисления, но само времето ще покаже дали са открили по-възможен път за постигане на така търсената „кюбитова мащабируемост“.“

Ocelot на Amazon: котешките кюбити и бозонната защита от грешки

Ocelot. В архитектурно отношение той е по-близо до Willow, отколкото до Majorana 1. „Както Ocelot, така и Willow разчитат на свръхпроводящи вериги и микровълново управление за манипулиране на кюбитите, като и двете са изправени пред един и същ фундаментален проблем: свръхпроводящите кюбити са бързи и са една от най-разпространените архитектури – но могат да бъдат склонни към грешки“, обяснява Краутхамър.

Но кюбитите на Ocelot са с уловка. Ocelot използва т.нар. „котешки кюбити“, наречени така в чест на мисловния експеримент на Шрьодингер. Котешките кюбити са важни за бозоничната корекция на грешки, която кодира квантова информация в безкрайномерното Хилбертово пространство на квантов хармоничен осцилатор.

Това е обяснено допълнително от Фернандо Брандао и Оскар Пейнтър в блога на Amazon: „Един от видовете бозонична квантова корекция на грешки използва котешки кюбити, наречени така в чест на мъртвата/живата котка на Шрьодингер от известния мисловен експеримент на Ервин Шрьодингер. Котешките кюбити използват квантовата суперпозиция на класически подобни състояния с добре дефинирана амплитуда и фаза, за да кодират информация на стойност един кюбит…

„Основното предимство на котешките кюбити е тяхната присъща защита срещу грешки при обръщане на битове. Увеличаването на броя на фотоните в осцилатора може да направи скоростта на грешките при обръщане на битове експоненциално малка. Това означава, че вместо да увеличаваме броя на кюбитите, можем просто да увеличим енергията на осцилатора, което прави корекцията на грешките много по-ефективна.“

„Уилоу успя да намали честотата на грешките както при обръщането на битове, така и при обръщането на фази, като подобри начина, по който се извършват физическите измервания на кюбитите“, казва Нелсън. „Ocelot, от друга страна, е проектирал своите кюбити така, че да потискат по същество грешките от обръщане на битове. Известен като „котешки кюбити“, този дизайн демонстрира до 90% увеличение на ефективността на квантовата корекция на грешки.“

В този последен смисъл Ocelot е по-близо до Majorana 1 – тези чипове се опитват да намалят грешките чрез дизайна на кюбита, а не просто да ги коригират.

„Докато Willow и Ocelot усъвършенстват съществуващата технология, Majorana 1 все още е в по-ранен експериментален етап, като се нуждае от екзотични материали и прецизни условия, които все още не са доказани като мащабируеми“, казва Краутхамър. „Въпросът е дали усъвършенстването на свръхпроводящите архитектури ще ни доведе по-бързо до устойчиви на грешки квантови компютри, или е необходим коренно различен дизайн на кюбита, за да се направи истински пробив… Така или иначе, всички тези подходи тласкат областта по един наистина вълнуващ начин към една и съща цел: практически, мащабируем квантов компютър.“

Мансано добавя: „Тези три чипа представляват различни подходи за справяне с предизвикателствата на квантовите компютри. Все още е рано и „печелившата“ технология предстои да бъде определена. Въпреки това всеки напредък тласка областта напред и ни приближава към реализирането на трансформиращия потенциал на квантовите изчисления.“