Οπρώτος κβαντικός υπολογιστής στον κόσμο που ξεπέρασε τα 1000 qubits έχει υπερδιπλάσια από τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ, τη μηχανή Osprey της IBM, η οποία έχει 433 qubits, σύμφωνα με το “New Scientist”.
Αν και η ύπαρξη περισσότερων qubits δεν σημαίνει απαραίτητα καλύτερη απόδοση, θα χρειαστούν μεγάλοι αριθμοί από αυτά για μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές χωρίς σφάλματα, που θα είναι χρήσιμοι, σε αντίθεση με τις σημερινές θορυβώδεις μηχανές στο στάδιο της έρευνας.
Οι μεγαλύτεροι κβαντικοί υπολογιστές, όπως αυτοί της IBM και της Google, χρησιμοποιούν υπεραγώγιμα σύρματα ψυχόμενα σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες για τα κβαντικά τους bit ή qubits. Αλλά το συγκεκριμένο μηχάνημα, που έχει 1180 qubits, χρησιμοποιεί ουδέτερα άτομα παγιδευμένα από λέιζερ σε ένα δισδιάστατο πλέγμα.
Ένα πλεονέκτημα αυτού του σχεδιασμού είναι ότι είναι εύκολο να κλιμακωθεί το σύστημα και να προστεθούν πολλά περισσότερα qubits στο πλέγμα, λέει ο Ρόμπ Χέις, Διευθύνων Σύμβουλος της Atom Computing. Οποιοσδήποτε χρήσιμος κβαντικός υπολογιστής στο μέλλον χωρίς σφάλματα, μια δυνατότητα που ονομάζεται ανοχή σφαλμάτων, θα χρειαστεί τουλάχιστον 10.000 αποκλειστικά qubits διόρθωσης σφαλμάτων που θα λειτουργούν παράλληλα με τα προγραμματιζόμενα qubits, λέει.
«Αν πρόκειται να κλιμακώσουμε μόνο κατά δεκάδες qubits, όπως τα περισσότερα συστήματα παγιδευμένων ιόντων και τα υπεραγώγιμα κλιμακώνονταν μέχρι τώρα, θα χρειαστεί πολύς χρόνος για να φτάσουμε στην εποχή της ανοχής σε σφάλματα», λέει ο Χέις. «Με την προσέγγιση ουδέτερου ατόμου και την ταχύτητα κλιμάκωσης που έχουμε, θα είμαστε σε θέση να φτάσουμε εκεί πολύ πιο γρήγορα». Ο ίδιος λέει ότι η ομάδα στοχεύει να πολλαπλασιάζει την ποσότητα των qubits στη μηχανή κατά περίπου 10 κάθε δύο χρόνια περίπου.
Σε αντίθεση με τα συμβατικά υπολογιστικά bit, τα οποία μπορεί να έχουν τιμή 1 ή 0 και είναι σε μεγάλο βαθμό εναλλάξιμα, τα qubits είναι πιο ποικίλα, έχοντας μια σειρά διαφορετικών ιδιοτήτων ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους.
Τα qubit ουδέτερου ατόμου προσφέρονται καλύτερα για την κβαντική εμπλοκή, ένα περίεργο κβαντικό φαινόμενο όπου τα qubits συνδέονται έτσι, ώστε η μέτρηση μιας ιδιότητας του ενός qubit να αποκαλύπτει αυτή του άλλου. Είναι επίσης πιο σταθερά, με τα qubits στη μηχανή της Atom Computing να αποτρέπουν κατάρρευση της κβαντικής τους κατάστασης – ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται ανοχή σφαλμάτων, το οποίο είναι απαραίτητο για τη διόρθωση σφαλμάτων – για σχεδόν ένα λεπτό. Το Osprey της IBM, για παράδειγμα, έχει χρόνους συνοχής περίπου 70 έως 80 μικροδευτερόλεπτα.
Αυτοί οι μεγάλοι χρόνοι συνοχής οφείλονται στα άτομα υττερβίου (ytterbium) που χρησιμοποιούν ο Χέις και η ομάδα του ως qubits. Οι περισσότερες μηχανές ουδέτερων ατόμων χρησιμοποιούν το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου ως το κβαντικό στοιχείο με το οποίο μπορούν να κάνουν υπολογισμούς, αλλά αυτό μπορεί εύκολα να επηρεαστεί από τα ισχυρά λέιζερ που χρησιμοποιούνται για να το κρατήσουν στη θέση του. Με το υττέρβιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια κβαντική ιδιότητα του πυρήνα του ατόμου που ονομάζεται σπιν, η οποία είναι πολύ λιγότερο ευαίσθητη σε διαταραχές. «Ο πυρήνας απλώς δεν αλληλεπιδρά με το εξωτερικό περιβάλλον τόσο έντονα όσο το ηλεκτρόνιο», λέει ο Μπεν Μπλουμ της Atom Computing.
Επειδή τα qubits έχουν τόσα πολλά διαφορετικά χαρακτηριστικά, μπορεί να είναι δύσκολο να συγκριθούν μεταξύ διαφορετικών μηχανών, αλλά ο Μπλουμ λέει ότι το μηχάνημα της Atom Computing είναι συγκρίσιμο σε ικανότητα επεξεργασίας με αυτό της IBM, αν και η εταιρεία δεν έχει ακόμη δημοσιεύσει στοιχεία σχετικά με αυτό.
Η ομάδα ελπίζει να προσφέρει το μηχάνημα στην αγορά το επόμενο έτος για εφαρμογές υπολογιστικού νέφους, παρόμοια με αυτά που κάνουν σήμερα εταιρείες όπως η IBM. “Το μηχάνημα της Atom Computing δεν μπορεί επί του παρόντος να εκτελέσει υπολογιστικές λειτουργίες σε όλα τα qubits ταυτόχρονα, κάτι που θα απαιτηθεί για μηχανές που έχουν διορθωθεί πλήρως τα σφάλματα”, λέει ο Μπλουμ.
«Υπάρχουν πολλές ομάδες που κατασκευάζουν τώρα συστήματα που θα έχουν 1000, ακόμη και αρκετές χιλιάδες, ατομικά qubits», λέει στο New Scientist ο Μαρκ Σάφμαν στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν – Μάντισον. «Αυτό είναι πραγματικά το όριο του πεδίου τώρα, με αυτήν την κλίμακα 1000+ που αναπτύσσουν οι άνθρωποι».
Ωστόσο, περισσότερες λεπτομέρειες για το πώς λειτουργεί το μηχάνημα θα πρέπει να δημοσιοποιηθούν από την Atom Computing για να μπορέσει να αξιολογηθεί σωστά, λέει ο Σάφμαν, όπως πόσα από τα qubit του μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να εκτελεστούν λογικές λειτουργίες σε αυτά.
