«Κόνδορας»: Ο υπολογιστής της IBM με το ισχυρότερο κβαντικό τσιπ στον κόσμο

Η IBM παρουσίασε τον πρώτο κβαντικό υπολογιστή με περισσότερα από 1.000 qubits — το ισοδύναμο των ψηφιακών bit ενός συνηθισμένου υπολογιστή. Αλλά η εταιρεία λέει ότι τώρα θα αλλάξει ταχύτητες και θα επικεντρωθεί στο να κάνει τις μηχανές της πιο ανθεκτικές στα σφάλματα παρά μεγαλύτερες.

Για χρόνια, η IBM ακολουθεί έναν οδικό χάρτη κβαντικών υπολογιστών που διπλασίαζε περίπου τον αριθμό των qubits κάθε χρόνο. Το τσιπ που αποκαλύφθηκε στις 4 Δεκεμβρίου, που ονομάζεται Condor, έχει 1.121 υπεραγώγιμα qubits διατεταγμένα σε μοτίβο κηρήθρας.

Αξίζει να σημειωθεί πως ακολουθεί τα άλλα μηχανήματα που σημειώνουν ρεκόρ, με όνομα πτηνών, συμπεριλαμβανομένου ενός τσιπ 127 qubit το 2021 και ενός 433 qubit πέρυσι.

Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται να εκτελούν ορισμένους υπολογισμούς που είναι πέρα ​​από τους κλασικούς υπολογιστές. Θα το κάνουν εκμεταλλευόμενοι μοναδικά κβαντικά φαινόμενα όπως η εμπλοκή και η υπέρθεση, που επιτρέπουν σε πολλαπλά qubits να υπάρχουν ταυτόχρονα σε πολλαπλές συλλογικές καταστάσεις.

Αλλά αυτές οι κβαντικές καταστάσεις είναι επίσης διαβόητα ευμετάβλητες και επιρρεπείς σε σφάλματα. Οι φυσικοί προσπάθησαν να το παρακάμψουν με το να πιέσουν πολλά φυσικά qubit - το καθένα κωδικοποιημένο σε ένα υπεραγώγιμο κύκλωμα, ας πούμε, ή ένα μεμονωμένο ιόν - για να εργαστούν μαζί για να αναπαραστήσουν ένα qubit πληροφοριών ή "λογικό qubit".

Ως μέρος της νέας της τακτικής, η εταιρεία παρουσίασε επίσης ένα τσιπ που ονομάζεται Heron που έχει 133 qubits, αλλά με ποσοστό λάθους ρεκόρ, τρεις φορές χαμηλότερο από αυτό του προηγούμενου κβαντικού επεξεργαστή της.

Οι ερευνητές έχουν γενικά πει ότι οι σύγχρονες τεχνικές διόρθωσης σφαλμάτων θα απαιτούν περισσότερα από 1.000 φυσικά qubits για κάθε λογικό qubit. Μια μηχανή που μπορεί να κάνει χρήσιμους υπολογισμούς θα χρειαστεί τότε 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 ή περισσότερο, σύμφωνα με μια προεκτύπωση από ερευνητές της IBM1. Η εταιρεία λέει ότι θα επικεντρωθεί τώρα στην κατασκευή τσιπ που έχουν σχεδιαστεί για να χωρούν μερικά διορθωμένα με qLDPC qubits σε μόλις 400 περίπου φυσικά qubits και στη συνέχεια στη δικτύωση αυτών των τσιπ μαζί.

Η προεκτύπωση της IBM είναι «εξαιρετική θεωρητική δουλειά», λέει ο Mikhail Lukin, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης. «Τούτου λεχθέντος, η εφαρμογή αυτής της προσέγγισης με υπεραγώγιμα qubits φαίνεται να είναι εξαιρετικά δύσκολη και πιθανότατα θα χρειαστούν χρόνια μέχρι να δοκιμαστεί ακόμη και ένα πείραμα απόδειξης ιδέας σε αυτήν την πλατφόρμα», λέει ο Lukin. Ο Lukin και οι συνεργάτες του διεξήγαγαν παρόμοια μελέτη σχετικά με την προοπτική εφαρμογής qLDPC χρησιμοποιώντας μεμονωμένα άτομα αντί για υπεραγώγιμους βρόχους2.

Το πρόβλημα είναι ότι η τεχνική qLDPC απαιτεί κάθε qubit να συνδέεται απευθείας με τουλάχιστον έξι άλλα. Στα τυπικά υπεραγώγιμα τσιπ, κάθε qubit συνδέεται μόνο με δύο ή τρεις γείτονες. Αλλά ο Oliver Dial, ένας 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 του κβαντικά τσιπ, για να επιτρέψουν τις επιπλέον συνδέσεις που απαιτούνται από το σχήμα qLDPC.

Ένας νέος οδικός χάρτης της IBM για την κβαντική έρευνά της που αποκαλύφθηκε σήμερα, τον βλέπει να φτάνει σε χρήσιμους υπολογισμούς - όπως η προσομοίωση της λειτουργίας των μορίων του καταλύτη - μέχρι το τέλος της δεκαετίας. «Ήταν πάντα το όνειρο και ήταν πάντα ένα μακρινό όνειρο», λέει ο Dial. «Στην πραγματικότητα, το να το πλησιάζει αρκετά ώστε να μπορούμε να δούμε το μονοπάτι από το σημείο που βρισκόμαστε σήμερα για μένα είναι τεράστιο».

Πηγή: www.nature.com