Google Willow
Google (Google Quantum AI) · Sonstiges
Google Willow ist ein Quantenprozessor mit 105 Qubits für die Forschung, der Fehler beim Skalieren reduziert statt sie anzuhäufen.
Über Google Willow
Was ist Google Willow
Google Willow ist ein supraleitender Quantenchip von Google Quantum AI, vorgestellt am 9. Dezember 2024, und er ist ein Forschungsprozessor, kein Produkt, das man kauft oder herunterlädt. Seine Aufgabe ist es zu zeigen, dass Quantencomputer zuverlässiger werden können, wenn sie größer werden.
Das ist wichtig, weil die Quantenfehlerkorrektur seit fast 30 Jahren die Mauer des Feldes ist, und ein Prozessor, der sauberer wird, wenn man mehr Qubits hinzufügt, ist die erste echte Antwort darauf. Jedes Qubit tauscht tendenziell Information mit seiner Umgebung aus, deshalb macht mehr von ihnen das System meist lauter, nicht besser. Willow dreht das um. Googles Team testete Gitter aus 3x3, 5x5 und 7x7 kodierten Qubits, und jeder Schritt halbierte die Fehlerrate in etwa. Keine Kleinigkeit.
Die Schlagzahl ist ein Benchmark namens Random-Circuit-Sampling. Willow schloss eine Berechnung in unter fünf Minuten ab, die nach Googles Schätzung auf einem der schnellsten Supercomputer von heute rund 10 Septillionen Jahre dauern würde, eine Spanne, die so groß ist, dass sie das Alter des Universums um ein Vielfaches übersteigt. Google sagt, die Schätzung sei konservativ und gehe davon aus, dass die klassische Maschine keine Speicher- oder Bandbreitengrenzen hat.
Behalten Sie die Grenzen im Blick. Willow hat noch keine Berechnung zu einem realen, geldbringenden Problem ausgeführt, und beide Erfolge liegen bislang im Bereich von Benchmark und Simulation, was bedeutet, dass der praktische Nutzen, der den ganzen Aufwand rechtfertigen würde, noch offen ist. Wer also auf einen Quantenchip wartet, der den eigenen Arbeitsablauf beschleunigt, wartet vergebens.
Erste Schritte
- Beginnen Sie auf der Website von Google Quantum AI, um die in Nature veröffentlichte Arbeit und die offizielle Willow-Ankündigung zu lesen.
- Sehen Sie sich die Chip-Spezifikationen an, darunter die 105 Qubits, T1-Zeiten nahe 100 Mikrosekunden und die Ergebnisse der Fehlerkorrektur.
- Nutzen Sie das Open-Source-Framework Cirq, um Quantenschaltungen in der Simulation auf dem eigenen Rechner zu schreiben oder auszuführen.
- Beantragen Sie Zugang zu Googles Quantenhardware über das Quantum-AI-Forschungsprogramm, wenn Sie zu einer Institution gehören.
- Verfolgen Sie die Roadmap, um zu erfahren, wann reale, überklassische Arbeitslasten verfügbar werden.
Produktinformationen
Ein kurzer Überblick über Preise, unterstützte Plattformen und die Leistung von Google Willow.
Am besten für
Die Nutzer, Aufgaben und Szenarien, für die dieses Tool am besten passt.
Nutzer
- Quantenforscher
- Physik- und Informatikstudierende
- Technik-Interessierte
Aufgaben
- Quantenhardware bewerten
- Forschung zur Fehlerkorrektur
- Quantenalgorithmen lernen
Szenarien
- Eine Arbeit über logische Qubits schreiben, die wachsen können
- Eine Vorlesung über Quantencomputing halten
- Die Branche verfolgen
Wichtigste Funktionen
105 Qubits mit Fehlerkorrektur unterhalb der Schwelle
Willow vereint 105 physikalische Qubits, und es ist das erste System, bei dem Fehler sinken, während die Qubit-Zahl steigt. Google testete kodierte Gitter von 3x3, 5x5 und 7x7 und halbierte die Fehlerrate bei jedem Schritt. Dieses Ergebnis „unterhalb der Schwelle“ ist der Meilenstein, dem das Feld seit 1995 nachjagte.
Exponentielle Fehlerreduktion in der Praxis
Der Chip erreichte außerdem „beyond breakeven“, das heißt, seine Qubit-Arrays überdauern die einzelnen physikalischen Qubits darin. Das lässt sich kaum fälschen. Es ist das bislang stärkste Zeichen dafür, dass Fehlerkorrektur das ganze System verbessert, nicht nur Teile davon.
Random-Circuit-Sampling-Benchmark
Google nutzte RCS, den härtesten Benchmark, den ein Quantencomputer heute ausführen kann, um Willow zu vermessen. Der Chip erledigte die Aufgabe in unter fünf Minuten gegen geschätzte 10 Septillionen Jahre für einen führenden Supercomputer. Es ist eine Leistungsanzeige, keine reale Arbeitslast.
Fehlerkorrektur in Echtzeit
Willow ist eines der ersten supraleitenden Systeme, das Fehler schnell genug korrigiert, um während einer Berechnung eine Rolle zu spielen. Fehler, die sich schneller anhäufen, als man sie beheben kann, ruinieren die Rechnung vor ihrem Ende. Das hält sie auf Kurs.
Lange Qubit-Lebensdauern
T1-Zeiten messen, wie lange ein Qubit seinen Zustand hält. Sie nähern sich jetzt 100 Mikrosekunden. Das ist ein großer Sprung. Rund eine Verfünffachung gegenüber Googles voriger Generation, und sie gibt Berechnungen mehr Raum, bevor der Zustand zerfällt.
Zweckgebundene Fertigung
Willow entstand in Googles eigener Fertigungsstätte in Santa Barbara, einem von nur wenigen Standorten weltweit, die von Grund auf für Quantenchips gebaut wurden. Alle Teile, von Ein- und Zwei-Qubit-Gattern bis zu Reset und Auslese, werden gemeinsam entwickelt, denn eine einzige nachhinkende Komponente zieht den ganzen Chip herunter.
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Liefert die erste Fehlerkorrektur unterhalb der Schwelle, ein Ergebnis, dem das Feld fast 30 Jahre nachjagte und das auf Quantenmaschinen hindeutet, auf die man sich für lange Rechnungen tatsächlich verlassen kann.
- Halbiert die Fehlerraten in etwa mit jeder Vergrößerung des Gitters.
- Erzielt ein Benchmark-Ergebnis, das klassische Supercomputer um einen enormen Abstand in den Schatten stellt.
- T1-Zeiten nahe 100 Mikrosekunden bedeuten rund eine Verfünffachung gegenüber dem vorigen Chip, was längere Rechnungen vor dem Zerfall des Zustands erkauft.
Nachteile
- Keine öffentliche API und kein Zugang für Endnutzer, also ohne institutionelle Anbindung nicht nutzbar.
- Hat noch keine kommerziell nützliche, überklassische Aufgabe ausgeführt, sein praktischer Nutzen ist also unbelegt.
- Die Zahl von 10 Septillionen Jahren ist Googles eigene Schätzung und wurde in diesem Maßstab nicht unabhängig überprüft.
Häufige Fragen
Es ist ein Forschungsprozessor für Arbeiten zur Quantenfehlerkorrektur und zum Benchmarking. Was macht Google also konkret damit? Es testet, ob das Hochskalieren von Qubits Fehler reduzieren kann, und es führt den Random-Circuit-Sampling-Benchmark aus.
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