Ένα σημαντικό βήμα στην παγκόσμια κούρσα για την ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών πραγματοποίησαν ερευνητές της εταιρείας Quantinuum, η οποία εδρεύει στο Κέιμπριτζ του Ηνωμένου Βασιλείου και το Μπρούμφιλντ του Κολοράντο. Ο νέος κβαντικός υπολογιστής με την ονομασία Helios λειτουργεί με 98 qubits, αποτελώντας το μεγαλύτερο σύστημα παγιδευμένων ιόντων που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα. Η συσκευή αξιοποιεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία για την αιώρηση φορτισμένων ατόμων στο κενό και ενσωματώνει μια νέα αρχιτεκτονική διαχωρισμού μνήμης και επεξεργασίας. Το επίτευγμα αυτό ακολουθεί την εξέλιξη της εταιρείας από τα 32 qubits το 2023 και τα 56 qubits το 2025.
- Ο κβαντικός υπολογιστής Helios διαθέτει 98 qubits και βασίζεται σε τεχνολογία παγιδευμένων ιόντων.
- Χρησιμοποιεί μια ειδική διασταύρωση τεσσάρων κατευθύνσεων (X junction) για ταυτόχρονη μεταφορά και επεξεργασία δεδομένων.
- Για την ευρεία εμπορική και επιστημονική χρήση απαιτούνται μελλοντικά συστήματα με εκατομμύρια qubits.
Η αρχιτεκτονική QCCD αλλάζει τα δεδομένα στην κβαντική επεξεργασία
Σε αντίθεση με τις σταθερές δομές των υπεραγώγιμων qubits, ο Helios βασίζεται στην αρχιτεκτονική QCCD (Quantum Charge-Coupled Device), η οποία αναπτύχθηκε αρχικά το 2002. Η συγκεκριμένη δομή θυμίζει τη λειτουργία των κλασικών υπολογιστών, διαχωρίζοντας τις περιοχές αποθήκευσης από τις περιοχές επεξεργασίας. Τα φορτισμένα άτομα (ιόντα) μεταφέρονται ηλεκτρικά μέσα στο σύστημα, ενώ η επεξεργασία πραγματοποιείται με τη χρήση παλμών λέιζερ.
Η γεωμετρία της συσκευής θυμίζει ροζέτα και ενσωματώνει μια διασταύρωση τεσσάρων κατευθύνσεων (X junction), η οποία επιτρέπει στον υπολογιστή να εκτελεί πολλαπλές εργασίες ταυτόχρονα, με τη βοήθεια του νέου λογισμικού ελέγχου Helios runtime.
Αυτή η προσέγγιση προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως τη μείωση της ανεπιθύμητης αλληλεπίδρασης μεταξύ γειτονικών qubits (crosstalk) και τη δυνατότητα μέτρησης και επαναφοράς των qubits κατά τη διάρκεια του υπολογισμού. Για την πρακτική εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας, αυτό σημαίνει ότι τα σφάλματα μπορούν να εντοπιστούν και να διορθωθούν άμεσα, επιτρέποντας την εκτέλεση σύνθετων αλγορίθμων που μέχρι σήμερα ήταν αδύνατοι ακόμα και για τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές.
Τα επόμενα εμπόδια στον δρόμο για τους πρακτικούς κβαντικούς υπολογιστές
Παρά το τεχνολογικό αυτό άλμα, οι υπολογισμοί που εκτέλεσε ο Helios ήταν δοκιμαστικά τεστ αξιολόγησης (benchmarks), γεγονός που σημαίνει ότι η άμεση πρακτική χρησιμότητα παραμένει περιορισμένη. Οι ειδικοί εκτιμούν ότι για να καταστούν οι κβαντικοί υπολογιστές πραγματικά χρήσιμοι στην εμπορική παραγωγή και την επιστημονική έρευνα, θα πρέπει να φτάσουν σε μέγεθος της τάξης του ενός εκατομμυρίου qubits.
Για να επιτευχθούν οι στόχοι της Εθνικής Στρατηγικής Κβαντικής του Ηνωμένου Βασιλείου για συστήματα ανθεκτικά σε σφάλματα, απαιτείται κλίμακα τρισεκατομμυρίων εργασιών, τη στιγμή που η μεγαλύτερη δοκιμή του Helios περιελάμβανε περίπου 4.000 εργασίες σε 98 qubits.
Η μελλοντική ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων προϋποθέτει τη σύνδεση χιλιάδων συσκευών QCCD μέσω κβαντικών συνδέσμων. Ωστόσο, η φυσική μεταφορά των qubits είναι μια αργή διαδικασία που απαιτεί ακριβείς τάσεις, ενώ η δημιουργία πολύπλοκων δικτύων ενέχει τον κίνδυνο «συμφορήσεων» στη ροή των δεδομένων, ένα τεχνικό εμπόδιο που οι μηχανικοί καλούνται να επιλύσουν στα επόμενα χρόνια.
Πιστεύετε ότι η κβαντική τεχνολογία θα καταφέρει σύντομα να ξεπεράσει τα τεχνικά εμπόδια για καθημερινές εφαρμογές; Μοιραστείτε την άποψή σας στα σχόλια.
