Proti čelu razvoja kvantnih računalnikov se prebija tudi fotonski pristop

Kanadsko podjetje Xanadu je v začetku meseca lansiralo svojo storitev za kvantno računalništvo v oblaku, ki izrablja drugačne naprave kot konkurenca: fotonske kvantne računalnike.

Večina najvidnejših igralcev na področju kvantnega računalništva, kot so IBM, Google in Rigetti, za fizično reprezentacijo kubitov uporablja transmone, oziroma neke sorte superprevodne zanke; to so anharmonični oscilatorji, sestavljeni iz Josephsonovega spoja in kondenzatorja. Njihova lastnost je, da so hitri in natančni, a pravilno delujejo le ohlajeni na dobro stotinko kelvina in so močno občutljivi na motnje, posebej pri sestavljanju v večje računske sklope, zaradi česar danes uporabljamo zgolj okoli 50-kubitne stroje. Vidnejši izjemi pri tem sta bili doslej D-Wave, ki s superprevodnimi zankami sicer gradi velike naprave, toda ne splošnih kvantnih računalnikov, in Honeywell, ki skuša prodreti z uporabo ujetih ionov. Toda ker je področje še vedno tako mlado, da niti osnovni fizični principi delovanja še niso resno dorečeni, je še vedno več kot dovolj prostora za nove izzivalce. Na primer kanadsko firmo Xanadu.

V mladem, pred štirimi leti ustanovljenem podjetju, namreč prisegajo na fotonski kvantni računalnik, v katerem kubite predstavljajo kvanti svetlobe. Osnovni način je v splošnem že eden starejših, saj je manipulacija fotonov z linearnimi optičnimi elementi za preproste izračune ali komunikacijo dobro poznana, razmeroma enostavna in izvedljiva pri "človeških" temperaturah. Resen problem pa smo doslej imeli pri sestavljanju večjih računskih struktur za bolj zapletene operacije, kjer je treba zagotoviti, da se večje količine fotonov (zaporedno) obnašajo natanko tako, kakor hočemo. Tu nastopi trik, ki so se ga poslužili Kanadčani: uporaba tako imenovane stisnjene svetlobe (squeezed light). Princip izrablja dejstvo, da lahko v skupini kvantnih delcev natančnost ene od lastnosti z raznimi prijemi žrtvujemo na račun druge in tako na primer dobimo gručo z bolje določenim položajem, na račun gibalne količine.

S takšnimi skupki fotonov je v bolj kompleksnih vezjih lažje rokovati, saj so predvidljivejši. V ta namen so morali v Xanaduju zasnovati samosvoj vir stisnjene svetlobe v polprevodniku, velikosti približno enega mikrona. Največja šibkost njihovega sistema je trenutno še na strani končnih detektorjev stanj, saj uporabljajo superprevodne števce, ki terjajo hlajenje na temperature pod enim kelvinom in tako še omejujejo uporabnost. Upajo pa, da bodo kmalu razvili naprave, ki ne bodo terjale tako naprednih hladilnikov. To je tudi osnova za njihove drzne napovedi, da naj bi bili sposobni število kubitov svojih računalnikov podvojevati na pol leta. V storitvi za računanje v oblaku, ki so jo lansirali v začetku septembra, lahko stranke dostopajo do 8- in 12-kubitnih sistemov, medtem ko naj bi bil 24-kubiten dosegljiv "v bližnji prihodnosti".

Uspeh te doktrine bi verjetno precej olajšal izgradnjo večjih omrežij za kvantno računalništvo, saj je fotonske naprave teoretično lažje vpeti v obstoječa optična omrežja kot tiste na drugih osnovah. Za nameček je ta hip videti, da imajo tudi nekaj prednosti pri odpornosti na motnje, ki so še vedno ena glavnih tegob pri ohranjanju koherence kubitov v superprevodnih zankah. Več raziskovalnih skupin je v zadnjem času dognalo, da bo potrebno kvantne računalnike dodobra izolirati pred kozmičnimi žarki, če hočemo uporabne koherenčne čase dvigniti do milisekunde ali čez, kar je potrebno za praktično rabo (trenutno smo pri okoli 100 mikrosekundah). To pomeni, da bomo bržkone takšne naprave zapirali v nekdanje rudnike, globoko pod površjem.