Kvantni računari se razvijaju jako velikom brzinom. Korak ka inženjerstvu nove generacije moćnih kvantnih računara napravio je tim naučnika i inženjera na Univerzitetu u Sidneju, Microsoftu i EKUS-u, Australijskom istraživačkom centru za izvrsnost inženjerskih kvantnih sistema.
Tim, koji je svoja otkrića objavio u izdanju Nature Electronics-a od 25. januara, izumeo je kriogeni računarski čip sposoban da funkcioniše na temperaturama blizu apsolutne nule, što bi moglo da omogući novi usev kvantnih računara visokih performansi sposobnih da vrše proračune sa hiljadama kubita, ili više.
Kubiti su kvantni ekvivalent bitova koje koriste tradicionalni računari. Budući da kubiti nisu binarni – ne obrađuju informacije koristeći nule i jedinice – sposobni su za mnogo brže performanse. Iz različitih razloga, međutim, do sada su kvantni računari mogli da prime samo nekoliko desetina kubita. Zbog toga je novi krio čip, nazvan Gooseberry, takav prodor u inženjerskom svetu.
“Ako čip radi kako istraživači sugerišu i može se ekonomično proizvesti, dizajn bi se mogao pojednostaviti i ubrzati razvoj većih kvantnih sistema”, Charles King, glavni analitičar u kompaniji Pund-IT, tehnološkoj savetodavnoj firmi, u Haywardu, u Kaliforniji. Glavni istraživač EKUS-a, profesor David Reilly, objasnio je u izjavi da će mašine da rade na hiljadama, ako ne i na milionima kubita, da bi se shvatio potencijal kvantnog računanja.
“Najveći svetski kvantni računari trenutno rade sa samo 50-tak kubita“, nastavio je. “Ova mala razmera delimično je zbog ograničenja fizičke arhitekture koja kontroliše kubite. Naš novi čip stavlja kraj tim granicama”.
Zamrzavanje grešaka
Većina kvantnih sistema zahteva da kubiti rade na temperaturama blizu apsolutne nule (-273,15 stepeni Celzijusa). To sprečava da izgube svoju „kvantnost“, karakter materije ili svetlosti koji su kvantnim računarima potrebni za obavljanje njihovih specijalizovanih proračuna.
“Životna sredina može prilično uticati na kubite“, objasnila je Heather West, viši analitičar u IDC-u. “Kada se na njih utiče, može doći do grešaka.Spuštanjem na zaista hladne temperature pomaže u uklanjanju grešaka.“
“Što više kubita imate to će bolje performanse imati vaš računar. Problem je u tome što kad kubiti počnu da rade jedni s drugima – proces koji se naziva zapletanje – jer su tako nestabilni, mogu početi da rade netačno ili nekoherentno. Kako se povećavate, povećava se i nekoherentnost.”
Dodala je da postoji još jedna prednost rada na temperaturi blizu apsolutne nule. “Da biste postigli super hladne temperature, treba da radite u vakuumu, što pomaže u smanjenju uticaja životne sredine na kubite“, rekla je.
Pozlaćeno ptičje gnezdo
Kao i kod bilo kog računarskog uređaja, da bi učinili bilo šta korisno, i kvantnim uređajima su potrebna uputstva. To znači slanje i primanje elektronskih signala u i iz kubita. Sa trenutnom kvantnom arhitekturom, to uključuje puno žica.
“Trenutne mašine stvaraju predivan niz žica za upravljanje signalima. Izgledaju kao obrnuto pozlaćeno ptičje gnezdo ili luster”, rekao je Reilly. “Lepe su, ali u osnovi nepraktične. To znači da ne možemo prilagoditi mašine da bi izvršavale korisne proračune. Postoji stvarno usko grlo za ulaz i izlaz.”
Sa ogrozdom eliminišu se sve žice. „Sa samo dve žice koje nose informacije kao ulaz, može da generiše kontrolne signale za hiljade kubita“, rekao je u izjavi Microsoftov viši inženjer hardvera Kushal Das, zajednički pronalazač čipa.
Reilly je uporedio trenutno stanje kvantnog računanja sa ENIAC fazom računarstva 1940-ih, kada je za bilo šta korisno računar zahtevao prostorije upravljačkih sistema.
“Naša industrija se suočava sa možda još većim izazovima da bi kvantno računanje prešlo dalje od faze ENIAC. Moramo da napravimo izuzetno složene silicijumske čipove koji rade na 0,1 Kelvina”, nastavio je. “To je okolina 30 puta hladnija od dubokog svemira.”
Pravi sistem kvantne kontrole
Rad na tako hladnim temperaturama znači da sistem treba da radi sa neverovatno malim proračunom energije, primetio je Sebastian Pauka, čije je doktorsko istraživanje na Univerzitetu u Sidneju korišćeno za povezivanje kvantnih uređaja sa čipom.
“Ako pokušamo da u sistem uložimo više snage, pregrejemo celu stvar”, objasnio je u izjavi.
Da bi postigao svoj rezultat, tim je izgradio najnapredniji integrisani krug za rad na kriogenim temperaturama. “To smo uradili inženjerišući sistem koji radi u neposrednoj blizini kubita bez ometanja njihovog rada”, objasnio je Reilly. “Trenutni sistemi upravljanja kubitima uklanjaju se na metar udaljenosti od akcije, da tako kažem. Postoje uglavnom na sobnoj temperaturi. U našem sistemu ne moramo da silazimo sa kriogene platforme. Čip je tu sa kubitima. To znači manju snagu i veće brzine. To je pravi sistem upravljanja za kvantnu tehnologiju.”
Quantum Computer Race
King je primetio da je kvantno računanje još uvek u povojima. “Još uvek smo u ranim danima, kako u pogledu izgradnje komercijalnih kvantnih sistema, tako i u učenju kako da se programira i radi sa njima“, rekao je. “Postignute su neke sjajne stvari, ali još uvek ima mnogo toga da se pokrije pre nego što kvantno računanje postane komercijalno održivo”.
Današnji kvantni računari se prvenstveno koriste za rešavanje problema optimizacije. “Ti problemi se mogu naći u skoro svakoj industriji“, rekla je West.
Hodan Omaar, analitičar politike u Centru za inovacije podataka, istraživačkom trustu koji proučava presek podataka, tehnologije i javne politike u Vašingtonu, primetio je da se u Japanu kvantni računari koriste za optimizaciju preuzimanja smeća.
U međuvremenu, Volksvagen koristi kvantno računanje da bi optimizovao odabir delova za svoje automobile. Pokazali su da je isplativije koristiti kvantni računar u poređenju sa tradicionalnim računarom.
“Za mali skup aplikacija – trenutno uglavnom probleme sa optimizacijom – kvantni računari pokazuju da su bolji u rešavanju nekih vrsta problema. Kako se kvantni računari poboljšavaju”, dodala je West, “koristiće se za rešavanje naprednijih problema u oblastima kao što su hemija i farmacija. Pred nama je još dug put ali kad stignemo, rešavaćemo puno različitih problema.”
Jedan od tih problema je suprotstavljanje nacija. “Ako zemlja može da smisli kako da napravi kvantni računar dovoljno velik i dovoljno siguran, mogao bi se koristiti za razbijanje svake enkripcije. To je stvorilo kvantnu trku računara“, rekla je Omaar. „Ako ste zemlja, morate da učestvujete u toj trci, jer ako druga država to shvati prva, onda imate ogromno pitanje nacionalne bezbednosti.“
Pratite najnovije vesti iz sveta nauke u Digitalnom Svetu.
