Quantum: Harvard, QuEra, MIT And NIST/University Of Maryland Announce Error-Corrected Algorithms On 48 Qubits - High-Performance Computing News Analysis

Republicado por Platão

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BOSTON, 6 de dezembro de 2023 – A empresa quântica de átomos neutros QuEra Computing anunciou hoje o que a empresa disse ser um avanço na computação quântica, publicado na revista científica Nature. Em experimentos liderados pela Universidade de Harvard em colaboração com QuEra Computing, MIT e NIST/UMD, os pesquisadores executaram algoritmos em grande escala em um computador quântico com correção de erros com 48 qubits lógicos e centenas de operações lógicas emaranhadas.

“Este avanço, um salto significativo na computação quântica, prepara o terreno para o desenvolvimento de computadores quânticos verdadeiramente escaláveis e tolerantes a falhas que poderiam resolver problemas práticos classicamente intratáveis”, disse QuEra.

O artigo pode ser acessado na Nature em https://www.nature.com/articles/s41586-023-06927-3.

“Nós da Moody's Analytics reconhecemos a importância monumental de alcançar 48 qubits lógicos em um ambiente de computação quântica tolerante a falhas e seu potencial para revolucionar a análise de dados e simulações financeiras”, disse Sergio Gago, Diretor Geral de Quantum e IA da Moody's Analytics, “Isso nos aproxima de um futuro onde a computação quântica não é apenas um empreendimento experimental, mas uma ferramenta prática que pode fornecer soluções do mundo real para nossos clientes. Este momento crucial pode redefinir a forma como as indústrias abordam desafios computacionais complexos.”

Um desafio crítico que impede a computação quântica de atingir seu enorme potencial é o ruído que afeta os qubits, corrompendo os cálculos antes de alcançar os resultados desejados. A correção quântica de erros supera essas limitações criando “qubits lógicos”, grupos de qubits físicos que são emaranhados para armazenar informações de forma redundante. Essa redundância permite identificar e corrigir erros que podem ocorrer durante os cálculos quânticos. Ao usar qubits lógicos em vez de qubits físicos individuais, os sistemas quânticos podem atingir um nível de tolerância a falhas, tornando-os mais robustos e confiáveis para cálculos complexos.

“Este é um momento verdadeiramente emocionante em nosso campo, pois as ideias fundamentais de correção quântica de erros e tolerância a falhas estão começando a dar frutos”, disse Mikhail Lukin, professor da Universidade Joshua e Beth Friedman, codiretor da Harvard Quantum Initiative, e cofundador da QuEra Computing. “Este trabalho, aproveitando o notável progresso recente na comunidade de computação quântica de átomos neutros, é uma prova do esforço incrível de estudantes e pós-doutorandos excepcionalmente talentosos, bem como de nossos notáveis colaboradores no QuEra, MIT e NIST/UMD. Embora tenhamos clareza sobre os desafios que temos pela frente, esperamos que este novo avanço acelere enormemente o progresso em direção a computadores quânticos úteis e de grande escala, permitindo a próxima fase de descoberta e inovação.”

Demonstrações anteriores de correção de erros apresentaram um, dois ou três qubits lógicos. Este novo trabalho demonstra a correção quântica de erros em 48 qubits lógicos, melhorando a estabilidade e a confiabilidade computacional ao mesmo tempo em que aborda o problema do erro. No caminho para a computação quântica em grande escala, Harvard, QuEra e colaboradores relataram as seguintes conquistas críticas:

Criação e emaranhamento dos maiores qubits lógicos até o momento, demonstrando uma distância de código de 7, possibilitando a detecção e correção de erros arbitrários ocorridos durante as operações de porta lógica de emaranhamento. Distâncias de código maiores implicam maior resistência a erros quânticos. Além disso, a pesquisa mostrou pela primeira vez que aumentar a distância do código reduz de fato a taxa de erro em operações lógicas.
Realização de 48 pequenos qubits lógicos que foram utilizados para executar algoritmos complexos, superando o desempenho dos mesmos algoritmos quando executados com qubits físicos.
Construção de 40 códigos corretores de erros de tamanho médio controlando 280 qubits físicos.

A inovação utilizou um computador quântico de sistema de átomo neutro avançado, combinando centenas de qubits, alta fidelidade de porta de dois qubit, conectividade arbitrária, rotações de qubit único totalmente programáveis e leitura de circuito intermediário.

O sistema também incluiu controle eficiente de hardware em matrizes reconfiguráveis de átomos neutros, empregando controle direto e paralelo sobre um grupo inteiro de qubits lógicos. Esse controle paralelo reduz drasticamente a sobrecarga de controle e a complexidade da execução de operações lógicas. Ao usar até 280 qubits físicos, os pesquisadores precisaram programar menos de dez sinais de controle para executar todas as operações necessárias no estudo. Outras modalidades quânticas normalmente requerem centenas de sinais de controle para o mesmo número de qubits. À medida que os computadores quânticos escalam para muitos milhares de qubits, o controle eficiente torna-se extremamente importante.

“A conquista de 48 qubits lógicos com alta tolerância a falhas é um divisor de águas na indústria de computação quântica”, disse Matt Langione, sócio do Boston Consulting Group. “Essa descoberta não apenas acelera o cronograma para aplicações quânticas práticas, mas também abre novos caminhos para resolver problemas que antes eram considerados intratáveis pelos métodos de computação clássicos. É uma virada de jogo que eleva significativamente a viabilidade comercial da computação quântica. As empresas de todos os setores devem tomar nota, pois a corrida para a vantagem quântica acaba de ganhar um grande impulso.”

“Hoje é um marco histórico para o QuEra e para a comunidade mais ampla de computação quântica”, disse Alex Keesling, CEO da QuEra Computing, “Essas conquistas são o culminar de um esforço de vários anos, liderado por nossos colaboradores acadêmicos de Harvard e MIT, juntamente com cientistas do QuEra e engenheiros, para ampliar os limites do que é possível na computação quântica. Este não é apenas um salto tecnológico; é uma prova do poder da colaboração e do investimento em pesquisas pioneiras. Estamos entusiasmados em preparar o terreno para uma nova era de computação quântica escalável e tolerante a falhas, que pode resolver alguns dos problemas mais complexos do mundo. O futuro da tecnologia quântica está aqui e o QuEra tem orgulho de estar na vanguarda desta revolução.”

“Nossa experiência na fabricação e operação de computadores quânticos – como nossa máquina de primeira geração disponível em nuvem pública desde 2022 – aliada a esta pesquisa inovadora, nos coloca em uma posição privilegiada para liderar a revolução quântica”, acrescentou Keesling.

O trabalho foi apoiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa por meio do programa Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum devices (ONISQ), pela National Science Foundation, pelo Center for Ultracold Atoms (um NSF Physics Frontiers Center) e pelo Army Research Office.

QuEra também anunciou um evento especial em 9 de janeiro às 11h30 ET, onde QuEra revelará seu roteiro comercial para computadores quânticos tolerantes a falhas. Inscreva-se neste evento online em https://quera.link/roadmap

Sobre QuEra

A QuEra Computing é líder na comercialização de computadores quânticos usando átomos neutros, o que é amplamente reconhecido como uma modalidade quântica altamente promissora. Com sede em Boston e baseada em pesquisas pioneiras da vizinha Universidade de Harvard e do MIT, a QuEra opera o maior computador quântico acessível ao público do mundo, disponível em uma grande nuvem pública e para entrega no local. QuEra está desenvolvendo computadores quânticos tolerantes a falhas em grande escala para resolver problemas classicamente intratáveis, tornando-se o parceiro preferido no campo quântico. Simplificando, QuEra é o melhor caminho para a computação quântica. Para mais informações, visite-nos em quera.com