O komputerach kwantowych łatwo opowiadać poprzez wielkie obietnice, ale znacznie trudniej zrobić z eksperymentalnego procesora kompletną maszynę, która ma własne sterowanie, oprogramowanie i drogę prowadzącą od polecenia użytkownika do fizycznej operacji wykonywanej na materii. Oto jednak Japonia właśnie to osiągnęła swoim Shunkai.
Shunkai zaczyna od około 50 atomów
Nowy system nazywa się Shunkai i został uruchomiony 24 sierpnia przez zespół kierowany przez profesora Kenjiego Ohmoriego z japońskiego Institute for Molecular Science. Na początku komputer ma wykorzystywać około 50 kubitów, ale docelowo w obecnej konfiguracji ma zostać rozbudowany do około 500. Procesor kwantowy dostarczyła amerykańska firma Infleqtion, podczas gdy Hitachi uczestniczy w projekcie od strony programowej. Oczywiście sama liczba rzędu 50 atomów nie powinna robić na nas szczególnego wrażenia.
Czytaj też: Czym będzie komputer kwantowy? Spytałem o to szefa IBM, który rozwiał mit [WYWIAD]
Pisałem już o chińskim komputerze Hanyuan-2, który operował liczbą 200 kubitów, więc patrząc wyłącznie na tabelkę ze specyfikacją, Japończycy wręcz zostają w tyle. Sęk w tym, że takie proste porównanie niewiele mówi. Shunkai jest bowiem komputerem opartym na neutralnych atomach. Pojedyncze atomy pełnią tutaj funkcję kubitów, a naukowcy chwytają je za pomocą niezwykle precyzyjnie skupionego światła, tworząc tak zwane “pęsety optyczne”. Dzięki temu następnie mogą zmieniać ich położenie, oddziaływać na nie mikrofalami i laserami, wykonywać operacje kwantowe, a wynik odczytywać poprzez obserwowanie fluorescencji poszczególnych atomów kamerą.
Komputer kwantowy bez wielkiej kriogenicznej lodówki
Najciekawszy jest jednak sposób, w jaki neutralne atomy rozwiązują część problemów konkurencyjnych architektur. Układy nadprzewodzące wymagają ekstremalnie niskich temperatur i rozbudowanych systemów kriogenicznych. W przypadku neutralnych atomów cały system może pracować w temperaturze pokojowej, ale trzeba tutaj pamiętać, że same atomy nie są “ciepłe”. Są schładzane do ultraniskich temperatur i zamykane w próżni, ale jednocześnie w takim podejściu nie musimy chłodzić całego procesora rozbudowaną lodówką kriogeniczną do temperatur bliskich zeru absolutnemu.
Czytaj też: Komputer kwantowy i silnik zbudowany z kubitu. Tak termodynamika wchodzi do przyszłości obliczeń
Takie coś jest dla mnie ważniejsze niż sama liczba kubitów, bo od dłuższego czasu właśnie infrastruktura wydaje mi się jednym z najbardziej niedocenianych problemów komputerów kwantowych. Pisałem o tym już przy okazji Hanyuan-2, bo komputera przyszłości nie wystarczy po prostu zbudować. Trzeba jeszcze sprawić, żeby można było go utrzymać, skalować i eksploatować bez zamieniania centrum danych w laboratorium fizyki eksperymentalnej.
Neutralne atomy mają jeszcze jedną kuszącą zaletę. Można układać je w duże tablice i przemieszczać, zmieniając niejako geometrię kwantowego procesora pod konkretne zadanie. Właśnie ta skalowalność jest jednym z powodów, dla których Japonia traktuje tę architekturę tak poważnie.
50 kubitów to tylko początek. Japonia chce dojść do 10000
Rozpoczęta w kwietniu 2026 roku druga faza projektu Ohmoriego zakłada rozwój systemu w kierunku nawet 10000 fizycznych kubitów. Cel na zakończenie tej fazy w marcu 2031 roku obejmuje również wykrywanie i korekcję błędów oraz stworzenie dużego, wysokowydajnego komputera odpornego na błędy. Przypomina to w świetny sposób, że dziesięć tysięcy fizycznych kubitów nie oznacza automatycznie dziesięciu tysięcy użytecznych kubitów logicznych. Komputery kwantowe są ekstremalnie podatne na zakłócenia, więc część fizycznych kubitów trzeba wykorzystać właśnie do ochrony informacji i wykrywania błędów.
Czytaj też: Czy stan kwantowy to tylko informacja? Uczeni podważają jedno z podstawowych założeń fizyki kwantowej
Dlatego od dawna mam wrażenie, że wyścig o liczbę kubitów traci sens, a znacznie ważniejsze staje się pytanie, ile z nich możemy rzeczywiście kontrolować przez wystarczająco długi czas i jak wiele pracy musimy poświęcić na utrzymanie poprawnego wyniku. Japoński program Moonshot stawia poprzeczkę jeszcze dalej. Oficjalnym celem pozostaje stworzenie do 2050 roku uniwersalnego komputera kwantowego odpornego na błędy.
Kwantowy komputer nie zastąpi peceta. Dołączy do niego
Najbardziej podoba mi się jednak końcowy plan związany z Shunkai. IMS chce połączyć komputer z istniejącą infrastrukturą superkomputerową i stworzyć hybrydowe centrum obliczeń kwantowych oraz GPU. System ma też częściowo trafić do zewnętrznych naukowców i przedsiębiorstw, aby można było rozwijać na nim korekcję błędów oraz praktyczne zastosowania. Idealnie pasuje to do tego, czego dowiedziałem się podczas rozmowy o przyszłości komputerów kwantowych w IBM. Kwantowy komputer najpewniej nie będzie kolejnym pecetem. Bardziej prawdopodobne jest, że stanie się specjalistycznym akceleratorem współpracującym z klasycznymi CPU i GPU.
Źródła: Institute for Molecular Science, Infleqtion, JST
