Michael Gariffo Personaleskribent
Michael er en erfaren teknologiskribent, der har dækket forretnings- og forbrugerfokuseret hardware og software i over et årti.
Fuld bio den 15. december 2021 | Emne: Innovation
Et nyt akademisk papir afslører en bekymrende tendens for kosmiske stråler til at forstyrre kvantecomputerprocessorer på en måde, som kan være næsten umulig for nuværende fejlkorrektionsteknikker at modvirke pålideligt.
Truslen fra hinsides stjernerne
En af de største forhindringer, som kvantecomputere står over for, er at beskæftige sig med fejlkorrektion. Traditionelt er dette mest almindeligt blevet håndteret ved at gruppere flere qubits, kvanteækvivalenten til traditionelle computerbits, i en slags komité inden for kvantebehandlingsenheder. I stedet for at systemet stoler på en enkelt qubit, som måske er korrekt eller måske ikke, er det i stedet afhængig af konsensus fra en hel gruppe af qubits. Dette fjerner fejlagtige outliers og reducerer fejlraten betydeligt til et punkt, hvor det er ekstremt usandsynligt, at det vil forstyrre et igangværende behandlingsjob.
Desværre, i en meget sci-fi-lydende begivenhed, ser det ud til, at en uset fjende fra det ydre rum kan true levedygtigheden af denne fejlkorrigerende teknologi.
Den usynlige (normalt harmløse) fjende
Kosmiske stråler er usynlige, mikroskopiske partikelstråler, der konstant bombarderer Jorden fra kilder så langt væk som andre galakser. De kolliderer typisk uskadeligt med planetens atmosfære såvel som objekter i den. Faktisk vil du sandsynligvis blive ramt af flere af dem, mens du læser denne artikel. Heldigvis, for vores fred i sindet, går de generelt fuldstændig ubemærket hen og gør absolut ingen skade, før de fortsætter på deres kosmiske rejse. Desværre for udviklere af kvantecomputere ser det ud til, at kvanteprocessorer kan være langt, langt mere følsomme over for disse typisk umærkelige ubudne gæster, end de var klar over.
En kvantesårbarhed
I et papir offentliggjort i Nature Physics og dækket af Ars Technica, er det blevet afsløret, at en af disse typisk harmløse stråler kan forårsage et stort problem, når den rammer en fungerende kvante-CPU. Ifølge resultaterne af flere forskere, der arbejder hos Google Quantum AI, kan et kosmisk strålenedslag på en fungerende kvantecomputerkerne resultere i dannelsen af en kvasipartikel kaldet en fonon.
Disse fononer har kapacitet til at forstyrre operationer ved at invertere kvantetilstanden af ikke kun en enkelt qubit, men et helt sammenfiltret sæt qubits, mens de spreder sig over processoren. Dette betyder, at et strejke kan fordele fejl på tværs af et helt qubit-sæt, hvilket i det væsentlige annullerer beskyttelsen fra den udvalgslignende fejlkorrektion nævnt ovenfor.
I et eksperiment beskrevet i artiklen testede Google-forskere et sæt på 26 qubits, der var kendt for at være blandt deres mest pålidelige. Dette sæt blev derefter efterladt i en inaktiv tilstand i 100 mikrosekunder. Mens de kører i tomgang, bør pålidelige qubits generelt forblive i deres nuværende tilstand. For at bruge en traditionel binær beregningsanalogi skal et 1 forblive et 1, et 0 skal forblive et 0.
I gennemsnit viste de pågældende 26 qubits en fejlrate på omkring 4 qubits, der fejlagtigt vendte deres tilstand inden for testperioden på 100 mikrosekunder. Dette er et godt stykke inden for den indbyggede fejlkorrektions evne til at kompensere ved at stole på det resterende flertal på 22 qubits. Under bekræftede kvantestråleangreb viste det sig imidlertid, at 24 af de 26 qubits fejlagtigt var vendt til den modsatte tilstand. Dette resultat er langt ud over den traditionelle fejlkorrektions evne til at kompensere for. Et sådant resultat ville sætte hele gruppen i fejl og kunne sætte spørgsmålstegn ved hele forarbejdningsarbejdets kontinuitet.
Hvor slemt er det?
Kosmisk stråleinterferens er ikke noget nyt. Som Ars bemærkede, kan de også interagere med traditionelle CPU'er ved at rode med de elektriske ladninger, de er afhængige af for at fuldføre deres logiske operationer. Den unikke og stadig udviklende struktur af kvanteprocessorer gør dem dog langt mere tilbøjelige til sådan interferens, hvor Googles forskning indikerer, at en kosmisk stråle-induceret fejl sker så ofte som hvert 10. sekund. Dette betyder, at de timelange behandlingsjob, som de fleste kvante-CPU'er får til opgave, kan omfatte hundredvis, hvis ikke tusindvis af fejl, der er spredt ud over deres resultater.
Det, der gør ondt værre, er, at den processor, som disse forskere brugte til deres test, var ret lille. Efterhånden som behandlingskravene stiger, bliver størrelsen af kvanteprocessoren også større. Men jo større processoren er, jo mere overfladeareal er der for potentielt at blive ramt af en kosmisk strålekollision. Det ser ud til, at truslen om tvangsfejl kun vil blive mere alvorlig, efterhånden som kvante-CPU'er fortsætter på vej mod praktiske applikationer.
Kan vi ikke bygge nogle afbøjningsskjolde eller noget?
Desværre er der ingen praktisk måde at blokere disse problematiske, intergalaktiske rejsende på. De bevæger sig trods alt næsten med lysets hastighed. Men som påpeget af Ars Technica, er nogle smarte løsninger allerede blevet udviklet for at hjælpe enheder som astronomisk billedbehandlingsudstyr med at klare kvantestråleinterferens. Selvom papiret ikke specifikt udforsker levedygtigheden af disse potentielle løsninger, synes de at indikere, at problemet med kosmisk stråleinterferens er et overkommeligt problem.
Fremhævede
Log4j-trusler: Hvad du behøver at vide, og hvordan du beskytter dig selv 2022: En stor revolution inden for robotteknologi Covid-test: De bedste hurtige testsæt derhjemme Det bedste tech-produkter fra 2021 CXO | Digital transformation | Teknisk industri | Smarte byer | Sky