Honeywell predstavil preboj v samosvoji arhitekturi kvantnih računalnikov

Industrijska korporacija Honeywell se vključuje v tekmo za izgradnjo praktičnega kvantnega računalnika, pri čemer uporablja pristop, ki doslej ni bil na čelu napredka: ujete ione.

Kvantni računalniki so še vedno v zgodnji razvojni fazi, kjer še ni dodobra dorečena niti fizična implementacija njihovih osnovnih enot informacije - kubitov. IBM, Google, Rigetti in mnoga druga imena s tega področja za kubite uporabljajo tako imenovane transmone: superprevodne zanke, ki sicer omogočajo zelo hitro branje, pisanje in računanje, a hkrati zahtevajo delovanje pri zelo nizkih temperaturah okoli 0,015 kelvina in so občutljive na motnje, kakor hitro skušamo med seboj povezati večje število elementov, kar omejuje načine, na katere lahko z njimi oblikujemo logična vrata. Omenjeni velikani se tako trenutno ukvarjajo predvsem z zmanjševanjem napak pri računanju, ki so glavna težava takšnega pristopa. Transmoni sestavljajo tudi napravo, s katero je Google lani bučno oznanil kvantno premoč - dosežek, pri katerem kvantni računalnik izvede nalogo, ki naj je klasični ne bi zmogel.

V korporaciji Honeywell so leta 2018 precej potihem stopili na sceno z namero, da sestavijo lasten kvantni računalnik, toda z uporabo drugačnega pristopa: ujetih ionov (trapped ions). Tu ničle in enice ponazarjajo spini (zunanjih) elektronov v ionih, ki jih na želenem mestu drži električno polje. Honeywell uporablja iterbijeve in barijeve ione, ki jih ohlaja z laserji; le-ti se uporabljajo tudi za branje in pisanje. Takšen način ima mnoge prednosti. Ione (in s tem kubite) je mogoče zelo enostavno povezovati in preplesti, saj jih z električnim poljem lahko fizično približajo in tako izvajajo skupne operacije z enim laserskim pulzom; to močno olajša gradnjo logičnih vrat in s tem razširi nabor uporabnih algoritmov. Ker je mogoče z laserji odlično hladiti fizično zelo omejene predele, lahko okoliška naprava obratuje na relativno "visokih" dvanajstih kelvinih, zato ni potrebe po zapletenih dilucijskih hladilnikih, ki jih uporabljajo za transmone. Po drugi plati ujeti ioni operacije izvajajo počasneje od konkurence.

Da bi izpostavili prednosti svojega pristopa, so se pri Honeywellu poslužili kriterija, ki so ga pred leti razvili pri IBMu: kvantnega volumna. Ta ne upošteva zgolj števila kubitov, s katerim smo doslej večinoma popularno označevali zmogljivost kvantnih računalnikov, temveč tudi pojavnosti napak in možnih povezav med kubiti ter s tem logičnih vrat, ki jih posamezna arhitektura omogoča. Glede na uvodoma podani oris tu superprevodnim zankam ne gre preveč dobro: lani je na primer IBM predstavil računalnik, ki je kljub 20 kubitom dosegel kvantni volumen vrednosti zgolj 16, medtem ko je teoretični višek število kubitov na kvadrat. Honeywell trdi, da s svojo arhitekturo ujetih ionov ta teoretični vrhunec doseže. To bi jim v teoriji omogočilo večjo uporabnost naprav kljub rabi manjšega števila kubitov od konkurence.

Zdaj so naposled pripravljeni stopiti iz tihe razvojne faze in svoje dosežke pokazati v praksi. V roku treh mesecev bodo skozi Microsoftovo platformo Azure Quantum v oblaku na voljo ponudili napravo s kvantnim volumnom 64, se pravi osmimi kubiti. Treba je poudariti, da gre v tem hipu še vedno zgolj za obljube in tudi znanstveni članek, v katerem so razgrnili tehnične podrobnosti svoje naprave, še ni recenziran (se pravi, je v pre-printu). Toda podjetje zelo očitno misli resno, kajti obenem so sprožili tudi sodelovanje z banko JPMorgan Chase, za raziskavo finančnih aplikacij na tej osnovi, ter oznanili naložbe v podjetji Cambridge Quantum Computing in Zapata Computing, ki razvijata programje za rabo kvantnih računalnikov v kemiji, strojnem učenju in šifriranju. Če bo šlo vse po sreči, bomo tako v drugi polovici leta lahko spremljali, kako se arhitekturno zelo različna pristopa odrežeta v neposrednem dvoboju pri različnih računskih nalogah. Od delujočega generalnega kvantnega računalnika pa nas bržkone še vedno loči kakšno desetletje.