Ennätyksen rikkovassa kvanttitietokoneessa on yli 1000 kubittiä

Atom Computing on luonut ensimmäisen kvanttitietokoneen, joka ylittää 1000 kubittia, mikä voisi parantaa koneiden tarkkuutta.

Maailman ensimmäisellä kvanttitietokoneella, joka ylittää 1000 kubitin nopeuden, on yli kaksinkertainen verrattuna aiempaan ennätyksen haltijaan, IBM:n Osprey-koneeseen, jolla on 433 kubittia . Vaikka enemmän kubitteja ei välttämättä tarkoita parempaa suorituskykyä, suuria määriä niitä tarvitaan tulevissa virheettömässä kvanttitietokoneessa, jotka ovat hyödyllisiä , toisin kuin nykypäivän meluiset tutkimuskoneet.

Suurimmat kvanttitietokoneet, kuten IBM:n ja Googlen tietokoneet, käyttävät suprajohtavia johtoja, jotka on jäähdytetty äärimmäisen alhaisiin lämpötiloihin kvanttibittiensä eli kubiteihinsa. Mutta kalifornialaisen start-up-yrityksen Atom Computingin ennätyskone, jolla on 1180 kubittia, käyttää neutraaleja atomeja, jotka on vangittu laserilla kaksiulotteisessa ruudukossa.

Yksi tämän suunnittelun etu on, että järjestelmää on helppo skaalata ja lisätä ruudukkoon paljon enemmän kubitteja, sanoo Rob Hays , Atom Computingin toimitusjohtaja. Jokainen hyödyllinen kvanttitietokone tulevaisuudessa, jossa ei ole virheitä, eli vikasietoisuus, tarvitsee ainakin kymmeniä tuhansia omistettuja virheenkorjauskubitteja, jotka toimivat ohjelmoitavien kubittien rinnalla, hän sanoo.

“Jos aiomme skaalautua vain kymmenillä qubiteilla, kuten useimmat loukkuun jääneiden ionien ja suprajohtavien järjestelmien skaalautuminen on tähän asti ollut, kestää hyvin kauan päästä vikasietoiseen aikakauteen”, Hays sanoo. “Neutraaliatomi-lähestymistavan ja skaalautumisnopeuden ansiosta pääsemme sinne paljon nopeammin.” Haysin mukaan ryhmän tavoitteena on kasvattaa qubittien määrä koneessa noin 10:llä noin parin vuoden välein.

Toisin kuin tavanomaiset bitit, joiden arvo voi olla 1 tai 0 ja jotka ovat pitkälti vaihdettavissa keskenään, qubitit ovat monipuolisempia ja niillä on erilaisia ominaisuuksia riippuen siitä, miten ne on valmistettu.

Neutraalien atomien qubitit soveltuvat paremmin kvanttikietoutumiseen, eli outoon kvanttiefektiin, jossa qubitit ovat yhteydessä toisiinsa siten, että yhden qubitin ominaisuuden mittaaminen paljastaa toisen qubitin ominaisuuden. Ne ovat myös vakaampia, sillä Atom Computingin koneen qubitit estivät kvanttitilaansa romahtamasta lähes minuutin ajan, mikä on virheenkorjauksen kannalta olennainen ominaisuus, jota kutsutaan vikasietoisuudeksi. Esimerkiksi IBM:n Ospreyn koherenssiaika on noin 70-80 mikrosekuntia.
Nämä pitkät koherenssiajat johtuvat ytterbium-atomeista, joita Hays ja hänen ryhmänsä käyttävät qubitteina. Useimmissa neutraaliatomikoneissa käytetään atomin elektronia kvanttielementtinä, jolla laskentaa tehdään, mutta siihen vaikuttavat helposti voimakkaat laserit, joita käytetään pitämään se paikallaan. Ytterbiumin kanssa voidaan käyttää atomin ytimen kvanttikvanttiominaisuutta, jota kutsutaan spiniksi ja joka on paljon vähemmän herkkä häiriöille. “Ydin ei vain vuorovaikuta ulkoisen ympäristön kanssa yhtä voimakkaasti kuin elektroni”, sanoo Ben Bloom Atom Computingista.

Koska qubiteilla on niin monia erilaisia ominaisuuksia, eri koneiden vertailu voi olla vaikeaa, mutta Bloom sanoo Atom Computingin koneen olevan käsittelykyvyltään verrattavissa IBM:n koneeseen, vaikka yhtiö ei ole vielä julkaissut asiasta lukuja.

Ryhmä toivoo voivansa tarjota konetta asiakkaille ensi vuonna pilvilaskentasovelluksia varten, samaan tapaan kuin IBM:n kaltaiset yritykset tekevät nykyään. “Atom Computingin kone ei tällä hetkellä pysty suorittamaan laskentatoimia kaikilla qubiteilla samaan aikaan, mitä täysin virheenkorjatut koneet vaativat”, Bloom sanoo.

“Useat ryhmät rakentavat nyt järjestelmiä, joissa on 1000 ja jopa useita tuhansia atomikubitteja”, sanoo Mark Saffman Wisconsin-Madisonin yliopistosta. “Tämä on nyt alan eturintamassa, kun ihmiset kehittävät yli 1000 qubitin kokoluokkaa.”

Saffmanin mukaan Atom Computingin on kuitenkin julkistettava lisää yksityiskohtia koneen toiminnasta, ennen kuin sitä voidaan arvioida kunnolla, kuten esimerkiksi se, kuinka monta qubittiä voidaan käyttää ja kuinka monella qubitilla voidaan suorittaa loogisia operaatioita.

Lähde: The New Scientist