Η IBM παρουσίασε τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή με περισσότερα από 1.000 qubits – το ισοδύναμο των ψηφιακών bits σε έναν συνηθισμένο υπολογιστή. Αλλά η εταιρεία λέει ότι τώρα θα αλλάξει ταχύτητες και θα επικεντρωθεί στο να κάνει τα μηχανήματά της πιο ανθεκτικά στα λάθη και όχι μεγαλύτερα.
Για χρόνια, η IBM ακολουθεί έναν οδικό χάρτη κβαντικών υπολογιστών που διπλασίαζε περίπου τον αριθμό των qubits κάθε χρόνο. Το τσιπ που παρουσιάστηκε στις 4 Δεκεμβρίου, που ονομάζεται Condor, έχει 1.121 υπεραγώγιμα qubits διατεταγμένα σε κυψελοειδές μοτίβο. Ακολουθεί τα άλλα μηχάνηματά του που σημειώνουν ρεκόρ, συμπεριλαμβανομένου ενός τσιπ 127-qubit το 2021 και ενός 433-qubit πέρυσι.
Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να εκτελούν ορισμένους υπολογισμούς που είναι πέρα από την εμβέλεια των κλασικών υπολογιστών. Θα το κάνουν αυτό αξιοποιώντας μοναδικά κβαντικά φαινόμενα όπως η εμπλοκή και η υπέρθεση, τα οποία επιτρέπουν την ύπαρξη πολλαπλών qubits σε πολλαπλές συλλογικές καταστάσεις ταυτόχρονα.
Αλλά αυτές οι κβαντικές καταστάσεις είναι επίσης διαβόητα άστατες και επιρρεπείς σε σφάλματα. Οι φυσικοί προσπάθησαν να το παρακάμψουν αυτό πείθοντας διάφορα φυσικά qubits – το καθένα κωδικοποιημένο σε ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα, ας πούμε, ή ένα μεμονωμένο ιόν – να συνεργαστούν για να αναπαραστήσουν ένα qubit πληροφορίας, ή «λογικό qubit».
Στο πλαίσιο της νέας τακτικής της, η εταιρεία παρουσίασε επίσης ένα τσιπ που ονομάζεται Heron που έχει 133 qubits, αλλά με ρεκόρ χαμηλού ποσοστού σφάλματος, τρεις φορές χαμηλότερο από αυτό του προηγούμενου κβαντικού επεξεργαστή της.
Οι ερευνητές έχουν γενικά πει ότι οι υπερσύγχρονες τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων θα απαιτήσουν περισσότερα από 1.000 φυσικά qubits για κάθε λογικό qubit. Μια μηχανή που μπορεί να κάνει χρήσιμους υπολογισμούς θα πρέπει στη συνέχεια να έχει εκατομμύρια φυσικά qubits.
Αλλά τους τελευταίους μήνες, οι φυσικοί έχουν ενθουσιαστεί με ένα εναλλακτικό σχήμα διόρθωσης σφαλμάτων που ονομάζεται κβαντικός έλεγχος ισοτιμίας χαμηλής πυκνότητας (qLDPC). Υπόσχεται να μειώσει αυτόν τον αριθμό κατά 10 φορές ή περισσότερο, σύμφωνα με προδημοσίευση από ερευνητές της IBM1. Η εταιρεία λέει ότι τώρα θα επικεντρωθεί στην κατασκευή τσιπ που έχουν σχεδιαστεί για να κρατούν μερικά qubits διορθωμένα με qLDPC σε μόλις 400 περίπου φυσικά qubits, και στη συνέχεια να δικτυώσουν αυτά τα τσιπ μαζί.
Η προδημοσίευση της IBM είναι «εξαιρετική θεωρητική εργασία», λέει ο Mikhail Lukin, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στο Cambridge της Μασαχουσέτης. “Τούτου λεχθέντος, η εφαρμογή αυτής της προσέγγισης με υπεραγώγιμα qubits φαίνεται να είναι εξαιρετικά δύσκολη και πιθανότατα θα χρειαστούν χρόνια πριν ακόμη και ένα πείραμα απόδειξης της ιδέας μπορεί να δοκιμαστεί σε αυτήν την πλατφόρμα”, λέει ο Lukin. Ο Lukin και οι συνεργάτες του διεξήγαγαν παρόμοια μελέτη σχετικά με την προοπτική εφαρμογής του qLDPC χρησιμοποιώντας μεμονωμένα άτομα αντί για υπεραγώγιμους βρόχους2.
Η παγίδα είναι ότι η τεχνική qLDPC απαιτεί κάθε qubit να συνδέεται άμεσα με τουλάχιστον έξι άλλα. Σε τυπικά υπεραγώγιμα τσιπ, κάθε qubit συνδέεται μόνο με δύο ή τρεις γείτονες. Αλλά ο Oliver Dial, φυσικός συμπυκνωμένης ύλης και επικεφαλής τεχνολογίας της IBM Quantum, στο ερευνητικό κέντρο Thomas J. Watson της IBM στο Yorktown Heights της Νέας Υόρκης, λέει ότι η εταιρεία έχει ένα σχέδιο: θα προσθέσει ένα στρώμα στο σχεδιασμό των κβαντικών τσιπ της, για να επιτρέψει τις επιπλέον συνδέσεις που απαιτούνται από το σχήμα qLDPC.
Ένας νέος οδικός χάρτης της IBM για την κβαντική έρευνα που παρουσιάστηκε σήμερα προβλέπει την επίτευξη χρήσιμων υπολογισμών – όπως η προσομοίωση της λειτουργίας των μορίων καταλύτη – μέχρι το τέλος της δεκαετίας. «Ήταν πάντα το όνειρο και ήταν πάντα ένα μακρινό όνειρο», λέει ο Dial. «Στην πραγματικότητα, το να το έχουμε έρθει αρκετά κοντά ώστε να μπορούμε να δούμε το μονοπάτι από εκεί που είμαστε σήμερα για μένα είναι τεράστιο.
