Νέες διατάξεις qubit εκτινάσσουν το μέλλον των κβαντικών υπολογιστών

Τον πιο ισχυρό κβαντικό προσομοιωτή δημιούργησαν επιστήμονες με βάση το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Ο προσομοιωτής αυτός, ο οποίος είναι ένας ιδιαίτερος τύπος υπολογιστή, μπορεί να επεξεργάζεται την πληροφορία από 256 κβαντικά bit, ή qubit. Η ιδιαιτερότητα της μονάδας αυτής είναι ότι, σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές οι οποίοι έχουν ως μονάδα πληροφορίας το 0 ή το 1, ένα qbit μπορεί να πάρει ταυτόχρονα όχι απλώς τις τιμές 0 και 1, αλλά και τις ενδιάμεσες τιμές. Η δυνατότητα αυτή επιτρέπει την ταυτόχρονη επεξεργασία των μονάδων πληροφορίας, σε αντιδιαστολή με τους κλασικούς υπολογιστές όπου η επεξεργασία πραγματοποιείται σειριακά.

Ένα ισχυρότερο κβαντικό σύστημα

Αν και η ανάπτυξη κβαντικών υπερυπολογιστών για πρακτικές εφαρμογές είναι ακόμη μακριά, ο προσομοιωτής τον οποίο δημιούργησαν οι επιστήμονες, οι λεπτομέρειες του οποίου δημοσιεύτηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση Nature, αποτελεί ένα μεγάλο βήμα για την ανάπτυξη υπολογιστών οι οποίοι θα μπορούν να αποθηκεύουν πολύ μεγάλο όγκο πληροφοριών και να εκτελούν εξαιρετικά πολύπλοκους υπολογισμούς. «Ο αριθμός των κβαντικών καταστάσεων ο οποίος μπορεί να επιτευχθεί με μόλις 256 qubit, ξεπερνά τον αριθμό των ατόμων του ηλιακού μας συστήματος», ανέφερε σε σχετικές του δηλώσεις ο πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης Σέπερ Εμπάντι.

Μετακινώντας τα άτομα με «τσιμπιδάκια»

Για να πετύχουν τον μέγιστο αριθμό κβαντικών καταστάσεων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οπτικές λαβίδες, ένα επιστημονικό όργανο το οποίο αξιοποιώντας μια δεσμίδα λέιζερ μπορεί να μετακινήσει τα άτομα στη διάταξη την οποία επιθυμούν οι ερευνητές. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, οι επιστήμονες τοποθέτησαν τα qubit σε δισδιάστατους σχηματισμούς, όπως σε σχήμα τετραγώνου ή κυψέλης. Με τον τρόπο αυτό τα qubit αλληλεπιδρούσαν με διαφορετικούς τρόπους. Οι συγκεκριμένες διατάξεις κατέστησαν δυνατή τη χρήση 256 qubit, έναντι 51 qubit που είχαν χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενο κβαντικό προσομοιωτή.

Μεγάλο βήμα για την κατανόηση των κβαντικών καταστάσεων

Όπως αναφέρουν οι επιστήμονες, το καινούριο κβαντικό σύστημα έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να αναλύσουν κβαντικές καταστάσεις της ύλης οι οποίες δεν είχαν επιτευχθεί μέχρι πρότινος, αλλά και να μελετήσουν με ποιον τρόπο μεταβαίνουν τα qubit από μία κβαντική κατάσταση σε μια άλλη, κάτι το οποίο μπορεί να δώσει πολύτιμες πληροφορίες στην ερευνητική κοινότητα σχετικά με τη λειτουργία του μαγνητισμού σε κβαντικό επίπεδο. Οι επιστήμονες φιλοδοξούν τώρα να αναπτύξουν περαιτέρω το σύστημα, ελέγχοντας με μεγαλύτερη ακρίβεια τα qubit, κάτι το οποίο θα προσδώσει μεγαλύτερο έλεγχο των ερευνητών στο κβαντικό σύστημα.

IBM researchers have already installed the mounting hardware for a jumbo cryostat big enough to hold a quantum computer with 1 million qubits.

CONNIE ZHOU/IBM

IBM promises 1000-qubit quantum computer—a milestone—by 2023

For 20 years scientists and engineers have been saying that “someday” they’ll build a full-fledged quantum computer able to perform useful calculations that would overwhelm any conventional supercomputer. But current machines contain just a few dozen quantum bits, or qubits, too few to do anything dazzling. Today, IBM made its aspirations more concrete by publicly announcing a “road map” for the development of its quantum computers, including the ambitious goal of building one containing 1000 qubits by 2023. IBM’s current largest quantum computer, revealed this month, contains 65 qubits.

“We’re very excited,” says Prineha Narang, co-founder and chief technology officer of Aliro Quantum, a startup that specializes in code that helps higher level software efficiently run on different quantum computers. “We didn’t know the specific milestones and numbers that they’ve announced,” she says. The plan includes building intermediate-size machines of 127 and 433 qubits in 2021 and 2022, respectively, and envisions following up with a million-qubit machine at some unspecified date. Dario Gil, IBM’s director of research, says he is confident his team can keep to the schedule. “A road map is more than a plan and a PowerPoint presentation,” he says. “It’s execution.”

IBM is not the only company with a road map to build a full-fledged quantum computer—a machine that would take advantage of the strange rules of quantum mechanics to breeze through certain computations that just overwhelm conventional computers. At least in terms of public relations, IBM has been playing catch-up to Google, which 1 year ago grabbed headlines when the company announced its researchers had used their 53-qubit quantum computer to solve a particular abstract problem that they claimed would overwhelm any conventional computer—reaching a milestone known as quantum supremacy. Google has its own plan to build a million-qubit quantum computer within 10 years, as Hartmut Neven, who leads Google’s quantum computing effort, explained in an April interview, although he declined to reveal a specific timeline for advances.