Ομάδα της IBM Research συνέδεσε δύο μεγάλους υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές ώστε να λειτουργούν ως ενιαίο σύστημα. Χρησιμοποίησε τέσσερα ξεχωριστά υπεραγώγιμα καλώδια αλουμινίου, μήκους 80 εκατοστών το καθένα, τα οποία εγκαταστάθηκαν αφού και τα δύο τσιπ βρίσκονταν ήδη στη θέση τους. Η εργασία δημοσιεύθηκε στον διακομιστή προδημοσιεύσεων arXiv με πρώτη συγγραφέα τη Neereja M. Sundaresan. Σύμφωνα με την περιγραφή της, είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνονται αξιόπιστες κβαντικές ζεύξεις περίπου ενός μέτρου ανάμεσα σε μεγάλους υπεραγώγιμους επεξεργαστές, μέσα σε εξοπλισμό που ψύχεται λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν.
- Συνδέθηκαν δύο επεξεργαστές Nighthawk R1 της IBM, καθένας με 120 qubit.
- Η μεταφορά κβαντικών καταστάσεων έφτασε μέση ακρίβεια 99% και 99,29% στην καλύτερη ζεύξη.
- Οι λογικές πράξεις δύο qubit ανάμεσα στους δύο επεξεργαστές είχαν μέση ακρίβεια 94,75%.
- Και οι τέσσερις ζεύξεις λειτουργούσαν ακόμη μετά από τρεις κύκλους θέρμανσης και ψύξης.
Τέσσερα καλώδια αλουμινίου μεταφέρουν κβαντική πληροφορία από τσιπ σε τσιπ
Σε κάθε ζεύξη, ένα qubit του πρώτου επεξεργαστή μεταβιβάζει την πληροφορία του σε ένα ειδικό qubit «διεπαφής». Στη συνέχεια, ένας ρυθμιζόμενος συζεύκτης τη στέλνει στο υπεραγώγιμο καλώδιο, το οποίο τη μεταφέρει σε αντίστοιχη διάταξη στο δεύτερο τσιπ. Για να χωρέσουν περισσότερα καλώδια σε μικρό χώρο, οι ερευνητές τα συνέδεσαν στα τσιπ κάθετα, από πάνω, και όχι από το πλάι.
Τα qubit είναι οι βασικές μονάδες πληροφορίας ενός κβαντικού υπολογιστή. Στους υπεραγώγιμους επεξεργαστές, όπως αυτοί της IBM, τα qubit είναι μικροσκοπικά κυκλώματα που λειτουργούν μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η πληροφορία που φέρουν είναι πολύ εύθραυστη και αλλοιώνεται εύκολα από θόρυβο και απώλειες. Γι’ αυτό η μεταφορά της μέσα από ένα καλώδιο σχεδόν ενός μέτρου είναι τεχνικά απαιτητική.
Στις δοκιμές, η ομάδα δημιούργησε επίσης κβαντικά διεμπλεγμένες καταστάσεις που μοιράζονταν και οι δύο επεξεργαστές, ανάμεσά τους καταστάσεις 4 και 6 qubit. Παρήγαγε ακόμη δύο διεμπλεγμένα ζεύγη ταυτόχρονα, μέσω γειτονικών ζεύξεων. Η διεμπλοκή είναι ο κβαντικός συσχετισμός στον οποίο στηρίζεται μεγάλο μέρος της υπολογιστικής ισχύος αυτών των μηχανών.
Γιατί η αρθρωτή σχεδίαση θεωρείται ο δρόμος για μεγαλύτερες μηχανές
Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι οι μεγαλύτεροι κβαντικοί υπολογιστές θα κατασκευαστούν από πολλά διασυνδεδεμένα τμήματα και όχι από ένα ενιαίο, γιγαντιαίο τσιπ. Σε αυτή την αρθρωτή λογική, ξεχωριστοί επεξεργαστές συνεργάζονται ως μία μεγαλύτερη μηχανή. Αυτό προϋποθέτει συνδέσεις που μεταφέρουν την κβαντική πληροφορία χωρίς να την καταστρέφουν.
Μέχρι σήμερα, οι κβαντικές ζεύξεις ανάμεσα σε υπεραγώγιμα τσιπ αφορούσαν κυρίως μία μόνο σύνδεση ανάμεσα σε μικρούς πειραματικούς επεξεργαστές. Οι ζεύξεις αυτές επέτρεψαν τη μεταφορά κβαντικών καταστάσεων και τη δημιουργία διεμπλοκής, αλλά δεν απαντούσαν στο πρακτικό ερώτημα της κλιμάκωσης. Μια μεγάλη μηχανή θα χρειαστεί πολλές συνδέσεις ανάμεσα σε επεξεργαστές που είναι ήδη τοποθετημένοι στα ψυγεία τους. Οι συνδέσεις αυτές πρέπει να είναι πυκνά διατεταγμένες, να χάνουν ελάχιστο σήμα και να αντέχουν επαναλαμβανόμενες θερμάνσεις και ψύξεις.
Το ότι και οι τέσσερις ζεύξεις τοποθετήθηκαν σε ήδη εγκατεστημένα τσιπ και άντεξαν τρεις θερμικούς κύκλους είναι ίσως το πιο πρακτικό μήνυμα της εργασίας.
Αυτό σημαίνει ότι, αν η προσέγγιση ωριμάσει, ένα κβαντικό σύστημα θα μπορούσε να μεγαλώνει με την προσθήκη επεξεργαστών και να συντηρείται τμηματικά, χωρίς να ξανασχεδιάζεται από την αρχή. Κατά τη Phys.org, το αποτέλεσμα ανοίγει τον δρόμο για υπολογιστές που αποθηκεύουν και επεξεργάζονται την κβαντική πληροφορία σε πολλούς επεξεργαστές. Τέτοιες μηχανές θα ήταν πολύ ευκολότερο να επεκταθούν και να συντηρηθούν.
Χρειάζονται βελτιώσεις πριν από την εμπορική αξιοποίηση
Το σύστημα δεν είναι ακόμη έτοιμο για πρακτική, εμπορική χρήση. Χρειάζονται περαιτέρω βελτιώσεις, κυρίως στη διάρκεια ζωής της κβαντικής πληροφορίας, δηλαδή στο πόσο αντέχει πριν αλλοιωθεί. Η ακρίβεια των πράξεων ανάμεσα στους δύο επεξεργαστές, στο 94,75%, υπολείπεται επίσης της ακρίβειας στη μεταφορά καταστάσεων. Επιπλέον, η εργασία είναι προδημοσίευση στο arXiv. Οι εργασίες εκεί δημοσιεύονται συνήθως πριν ολοκληρωθεί η επιστημονική αξιολόγηση από ομοτίμους, οπότε τα αποτελέσματα αναμένουν ακόμη ανεξάρτητο έλεγχο.
Παρά τους περιορισμούς, η σύνδεση δύο επεξεργαστών των 120 qubit με τέσσερις ταυτόχρονες ζεύξεις είναι ένα σημαντικό βήμα για την κβαντική υπολογιστική.
