Een AWS-quantumhardware-ingenieur werkt aan een verdunningskoelkast. De prestaties van supergeleidende kwantumapparaten zijn sterk afhankelijk van nauwkeurige bedradingsconfiguraties om thermische fluctuaties die bijdragen aan ruis te minimaliseren.
Afbeelding: AWS
Cloud computing-gigant AWS breidt zijn aanwezigheid in de kwantumindustrie uit met de opening van een glanzend nieuw Center for Quantum Computing in Californië. Hier werken topwetenschappers en ingenieurs aan de bouw van de eigen supergeleidende kwantumcomputer van het bedrijf.
De twee verdiepingen tellende, 21.000 vierkante meter grote faciliteit, gelegen ten noordoosten van Los Angeles in Pasadena, werd voor het eerst aangekondigd door AWS in 2019 en is de afgelopen twee jaar gebouwd in samenwerking met het naburige California Institute of Technology (Caltech). Caltech-onderzoekers zullen deel uitmaken van het technische team van het centrum en samen met experts van Amazon en van academische instellingen de inspanningen van AWS leiden om een grootschalige, fouttolerante kwantumcomputer te bouwen.
Het nieuwe gebouw omvat kantoorruimte voor kwantumonderzoeksteams, evenals laboratoria die zijn uitgerust met de gespecialiseerde tools – variërend van cryogene koelsystemen tot bedrading – die nodig zijn om kwantumhardware te bouwen.
Met de lancering van het AWS Center for Quantum Computing herhaalt Amazon zijn ambitie om een leidende rol te spelen op het gebied van quantum computing, dat naar verwachting op een dag ongekende hoeveelheden rekenkracht zal ontketenen. Experts voorspellen dat kwantumcomputers, wanneer ze op voldoende grote schaal worden gebouwd, het potentieel hebben om problemen op te lossen die onmogelijk op klassieke computers kunnen worden uitgevoerd, waardoor enorme wetenschappelijke en zakelijke kansen worden ontsloten op gebieden als materiaalwetenschap, transport of productie.
Er zijn verschillende benaderingen voor het bouwen van kwantumhardware, die allemaal afhankelijk zijn van verschillende methoden om de bouwstenen van kwantumcomputers, qubits genaamd, te besturen en te manipuleren. AWS heeft aangekondigd dat het bedrijf ervoor heeft gekozen om zijn inspanningen te concentreren op supergeleidende qubits – dezelfde methode die wordt gebruikt door rivaliserende kwantumteams bij onder meer IBM en Google.
AWS meent dat supergeleidende processors een voorsprong hebben op alternatieve benaderingen: “Supergeleidende qubits hebben verschillende voordelen, waaronder dat ze gebruik kunnen maken van microfabricagetechnieken die zijn afgeleid van de halfgeleiderindustrie”, zegt Nadia Carlsten, hoofd product bij het AWS Center for Quantum Computing, vertelt ZDNet. “We kunnen grote aantallen qubits op een siliciumwafer maken en dit op een herhaalbare manier doen, en die schaalbaarheid zal belangrijk zijn.”
Het schalen van de hardware is een van de belangrijkste aandachtsgebieden in de kwantumindustrie. De technologie staat nog in de kinderschoenen, waarbij de meeste kwantumprocessors slechts enkele tientallen qubits ondersteunen. IBM's meest geavanceerde supergeleidende kwantumsysteem is bijvoorbeeld beperkt tot 65 qubits.
Maar kwantumcomputers die problemen met maatschappelijke en commerciële waarde kunnen oplossen, hebben processors nodig die miljoenen qubits kunnen ondersteunen. Dit is het doel dat AWS zichzelf stelt: het bedrijf belooft een “gedurfde aanpak” die een systeem zal opleveren dat algoritmen kan uitvoeren die miljarden quantumgate-operaties vereisen.
“Het is een grote uitdaging die we' opnieuw aan de slag”, zegt Carlsten. “We moeten kwantumsystemen in omvang schalen en nieuwe slimme manieren leren om deze grotere systemen te besturen, maar we moeten dit ook doen op een manier om de ruis onder controle te houden, zodat de foutenpercentages laag genoeg zijn om berekeningen mogelijk te maken die zeer grote aantal poortoperaties.”
Het AWS Center for Quantum Computing op de Caltech-campus.
Afbeelding: AWS
Foutpercentages zijn een van de belangrijkste obstakels voor het opschalen van de huidige kwantumcomputers. Dit komt omdat qubits erg kwetsbaar zijn en elke kleine verstoring van hun omgeving kan ervoor zorgen dat ze uit de speciale kwantumtoestand vallen die kwantumcomputers aandrijft. Dit fenomeen staat bekend als decoherentie en is verantwoordelijk voor de hoge foutenpercentages die de berekeningen doorkruisen die door bestaande kwantumprocessors worden uitgevoerd.
Klassieke computers ervaren bijvoorbeeld foutenpercentages van één fout per miljard bewerkingen, terwijl kwantumcomputers één fout per duizend bewerkingen ervaren.
Dit heeft plaats gemaakt voor de ontwikkeling van een onderzoeksveld dat bekend staat als kwantumfoutcorrectie (QEC), dat zich toelegt op het beschermen van kwantuminformatie tegen decoherentie. Een manier om QEC uit te voeren, bestaat uit het gebruik van veel imperfecte qubits ('fysieke qubits' genoemd) om één bestuurbare qubit (de 'logische qubit' genoemd) te vormen, die de kwantuminformatie codeert en kan worden gebruikt om fouten te detecteren en te corrigeren.
Maar QEC creëert een grote hardware-overhead doordat er veel fysieke qubits nodig zijn om elke logische qubit te coderen: volgens Carlsten vereist elke beschermde qubit doorgaans 1.000 fysieke qubits. Dit maakt het nog moeilijker om een universele kwantumcomputer te bouwen met grootschalige qubit-circuits.
AWS ziet onderzoek in QEC als de sleutel tot het oplossen van veel van de schaalproblemen die quantum computing verlammen. “Een van de dingen waar ons team van experts van het AWS Center for Quantum Computing zich op richt, is hoe kwantumfoutcorrectie op een hardware-efficiënte manier kan worden geïmplementeerd, waardoor het aantal benodigde fysieke qubits drastisch wordt verminderd”, zegt Carlsten.
Eerder dit jaar bracht het bedrijf zijn eerste onderzoekspaper uit met een blauwdruk voor een nieuwe benadering van QEC, waarvan de wetenschappers zeiden dat het de foutcorrectie zou kunnen verbeteren met minder fysieke qubits. De paper stelde een architectuur voor waarin iets meer dan 2.000 supergeleidende componenten die voor stabilisatie worden gebruikt, honderd logische qubits zouden kunnen produceren die 1.000 poorten kunnen uitvoeren.
De blauwdruk was puur theoretisch en er zijn nog veel uitdagingen om te bewijzen dat de architectuur vorm zou kunnen krijgen als een fysiek apparaat. Toch stelt Carlsten dat er reden is om optimistisch te zijn. “Door het aantal benodigde fysieke qubits te verminderen, verminderen we ook de schaal van de ondersteunende systemen die nodig zijn om de processor te besturen.”
Vanuit een technisch perspectief maakt deze benadering daarom een grootschalige kwantumcomputer een realistischer voorstel.
Het is nog erg vroeg voor het kwantumcomputing-initiatief van AWS, waarbij het meeste werk van het bedrijf in het veld nog theoretisch is, en er liggen enorme uitdagingen in het verschiet. Carlsten erkent dat haar teams nog maar net zijn begonnen en dat de voortgang enkele jaren zal duren.
“Het is een enorme uitdaging, maar we denken dat we goed gepositioneerd zijn om het aan te gaan”, zegt Carlsten.
Uiteindelijk wil AWS dat zijn kwantumhardware beschikbaar is in de cloud zodat de klanten van het bedrijf ze kunnen gebruiken op AWS Braket – een volledig beheerd en cloudgebaseerd kwantumplatform dat in 2019 werd gelanceerd en waarmee klanten toegang hebben tot computers van externe leveranciers van kwantumhardware . Carlsten gaf echter geen routekaart of tijdlijn voor de volgende kwantumprestaties van het bedrijf.
Dit zou de cloudgigant in staat stellen om IBM en Google in te halen, die beide hun kwantumhardware al beschikbaar stellen in hun eigen clouds voor gebruik door klanten. IBM is nu zelfs begonnen met het implementeren van kwantumcomputers buiten het lab en rechtstreeks in de datacenters van geselecteerde klanten.
Hardware
De toekomst van personal computing ziet eruit als een M1 Mac Google Tensor: alles wat u moet weten over de Pixel 6-chip Walmart's vroege Black Friday-verkoop omvat $ 87 Chromebook, $ 299 iPhone 12 mini De beste NAS: op het netwerk aangesloten opslagapparaten voor thuis of op uw bedrijf
Verwante onderwerpen:
Amazon pc's Servers Opslag Netwerken Datacenters 