Μηχανικοί στην Ιαπωνία ενεργοποίησαν τον πρώτο υβριδικό κβαντικό υπερυπολογιστή στον κόσμο. Ο κβαντικός υπολογιστής 20qubit, που ονομάζεται Reimei, έχει ενσωματωθεί στον Fugaku, τον έκτο ταχύτερο υπερυπολογιστή στον κόσμο.
Αυτή η υβριδική πλατφόρμα θα λειτουργήσει για την αντιμετώπιση υπολογισμών που μπορεί να χρειαστούν πολύ περισσότερο χρόνο στους κλασικούς υπερυπολογιστές. Στεγάζεται στο επιστημονικό ινστιτούτο Riken στη Σαϊτάμα, κοντά στο Τόκιο, και θα χρησιμοποιηθεί κυρίως για την έρευνα στη φυσική και τη χημεία, ανέφεραν σε κοινή δήλωσή τους εκπρόσωποι του Riken και της Quantinuum, που κατασκεύασε τον Reimei.
Σύμφωνα με το LiveScience, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν μια μέρα να εξαλείψουν τους κλασικούς υπολογιστές, με τη δυνατότητα να ολοκληρώνουν υπολογισμούς σε λεπτά ή δευτερόλεπτα που διαφορετικά θα χρειάζονταν εκατομμύρια χρόνια για τις πιο ισχυρές σημερινές μηχανές. Ωστόσο, έως ότου οι κβαντικοί υπολογιστές γίνουν αρκετά μεγάλοι και αξιόπιστοι, οι επιστήμονες λένε ότι η ενσωμάτωση των δυνατοτήτων τους στους υπερυπολογιστές μπορεί να αποτελέσει μια ενδιάμεση λύση.
Τι είναι τα qubits
Εδώ, ας κάνουμε μια σύντομη παρένθεση για να εξηγήσουμε τι είναι τα qubits των κβαντικών υπολογιστών. Η μνήμη ενός κλασικού ψηφιακού υπολογιστή αποτελείται από bit τα οποία μπορούν να αναπαραστήσουν την τιμή 1 ή 0. Στους κβαντικούς υπολογιστές, όμως, έχουμε τα qubits. Ένα qubit μπορεί να αναπαραστήσει την τιμή 1, 0 ή οποιαδήποτε υπέρθεση αυτών των 2. Δύο qubits μπορούν να αναπαραστήσουν οποιαδήποτε υπέρθεση τεσσάρων δυνατών καταστάσεων, 3 qubits οποιαδήποτε υπέρθεση 8 καταστάσεων. Γενικά ένας κβαντικός υπολογιστής με n qubits μπορεί να βρίσκεται σε αυθαίρετη υπέρθεση των έως 2n δυνατών καταστάσεων ταυτόχρονα, ενώ ένας κλασικός υπολογιστής μπορεί να βρίσκεται μόνο σε μια από αυτές τις καταστάσεις κάθε στιγμή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να επιταχύνεται σε απίστευτο ποσοστό η επεξεργαστική ισχύ.
Η διαφορά του Reimei από άλλους κβαντικούς υπολογιστές
Σε αντίθεση με τους περισσότερους κβαντικούς υπολογιστές που χρησιμοποιούν υπεραγώγιμα qubits, ο Reimei χρησιμοποιεί qubits παγιδευμένων ιόντων. Αυτό περιλαμβάνει την απομόνωση φορτισμένων ατόμων, ή ιόντων, σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο – γνωστό ως παγίδα ιόντων – και τη χρήση λέιζερ για τον ακριβή έλεγχο της κβαντικής τους κατάστασης.
Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες να χειρίζονται τα ιόντα ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως qubits που αποθηκεύουν και επεξεργάζονται κβαντικές πληροφορίες. Τα qubits παγιδευμένων ιόντων ενθαρρύνουν περισσότερες συνδέσεις μεταξύ των qubits και μεγαλύτερους χρόνους συνοχής, ενώ τα υπεραγώγιμα qubits έχουν ταχύτερες συνδέσεις πύλης και είναι ευκολότερο να κατασκευαστούν σε τσιπ.
Οι εκπρόσωποι του Ινστιτούτου Riken δήλωσαν ότι επέλεξαν τον κβαντικό υπολογιστή της Quintinuum για την ενσωμάτωση, επειδή διαθέτει μια μοναδική αρχιτεκτονική που μετακινεί φυσικά τα qubits. Αυτή η διαδικασία της «μετακίνησης ιόντων» επιτρέπει στα qubits να μετακινούνται σε ένα κύκλωμα ανάλογα με τις ανάγκες, επιτρέποντας πιο πολύπλοκους αλγορίθμους.
Σύστημα διόρθωσης σφαλμάτων
Τα qubits είναι εγγενώς «θορυβώδη», οπότε για την αποτελεσματική κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών, οι επιστήμονες αναπτύσσουν τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων για την αύξηση της πιστότητας των qubits.
Στον Reimei, τα φυσικά ιοντικά qubits έχουν ομαδοποιηθεί για να δημιουργηθούν «λογικά qubits» – δηλαδή ένα σύνολο φυσικών qubits που αποθηκεύουν την ίδια πληροφορία σε διάφορα σημεία. Τα λογικά qubits είναι μια βασική οδός για την επίτευξη της επιθυμητής μείωσης των σφαλμάτων των qubits, επειδή η κατανομή των πληροφοριών σε διαφορετικά μέρη διασπείρει τα σημεία αποτυχίας, πράγμα που σημαίνει ότι μια αποτυχία qubit δεν διαταράσσει έναν τρέχοντα υπολογισμό.
Η Quaintinuum πέτυχε προηγουμένως μια σημαντική ανακάλυψη δημιουργώντας ένα λογικό qubit με ποσοστό σφάλματος 800 φορές χαμηλότερο από τα φυσικά qubits, το οποίο ενσωμάτωσε στους επεξεργαστές κβαντικών υπολογιστών της.
Κι άλλο υβριδικό σύστημα
Ενώ το Reimei-Fugaku είναι το πρώτο πλήρως λειτουργικό, ολοκληρωμένο υβριδικό σύστημα, άλλες εταιρείες έχουν δοκιμάσει στο παρελθόν τέτοια συστήματα. Τον Ιούνιο του 2024, η IQM ενσωμάτωσε έναν κβαντικό επεξεργαστή 20 qubit στον υπερυπολογιστή SuperMUC-NG στο Γκάρτσινγκ της Γερμανίας.
Αυτό το σύστημα, ωστόσο, βρίσκεται ακόμη σε φάση δοκιμών, χωρίς να έχει επιβεβαιωθεί δημόσια η ημερομηνία κατά την οποία θα καταστεί πλήρως λειτουργικό. Τον Οκτώβριο, εκπρόσωποι της IQM ανακοίνωσαν ότι η εταιρεία θα ενσωματώσει ένα σύστημα 54 qubit στον υπερυπολογιστή στο δεύτερο μισό του 2025 και θα ακολουθήσει ένα τσιπ 150 qubit το 2026.
