IBM načrtuje prve uporabne kvantne čipe za konec desetletja

Pri IBMu so pokazali dva nova kvantna čipa, od katerih eden prvič prebija mejo 1000 fizičnih kubitov, a nemara pomembnejša je osvežitev načrta razvoja do konca desetletja.

Kljub temu, da je razvoj kvantnih računalnikov zelo živahen in vztrajno napreduje, so takšne naprave še vedno omejene na laboratorije, kjer se eksperimentira tudi še z najbolj bazičnimi koncepti, kot so zasnove vrat in povezav med kubiti. V bistvu še vedno ne vemo, katera od fizičnih izvedb kubitov se bo na koncu najbolj uveljavila - ali bodo to superprevodne zanke (transmoni) ali kaj drugega, denimo ujeti ioni. Razlog je pretežno v hudi občutljivosti fizičnih kubitov na motnje, ki hitro povzročijo napake v podatkih in privedejo do dekoherence sistema. To bistveno omejuje čas, v katerem je mogoče z delovno gručo kubitov izvajati uporabne računske operacije, težave pa se skokovito zaostrijo z rastjo števila kubitov. Zato ni presenetljivo, da se je v zadnjih letih razvoj kvantnih računalnikov že premaknil z dirke glede golega števila kubitov na trud, da bi te kubite napravili odpornejše na motnje, oziroma na kateri drug način uspešneje odpravljali napake. Vidnejše objave večjih družb, kot sta Google in IBM, so se letos osredotočale prav na odpravljanje napak.

V tej luči so lažje razumljive podrobnosti najnovejše prenove razvojnega načrta pri IBMu. Podjetje je v ponedeljek predstavilo dva nova čipa. 1121-kubitni Condor je prvi samostojni procesor z več kot tisoč kubiti in smo ga pričakovali glede na preteklo različico plana, s čimer so izpolnili obljube. Toda v praksi ne gre za resno uporaben procesor, temveč bolj inženirsko potrditev, da so sposobni izdelati tisoč brezhibnih kubitov na enem pakiranju. Računanje z njimi je povsem druga zgodba in tu je v bistvu bolj pomemben drugi predstavljeni čip, 133-kubitni Heron. Čeprav ima na papirju mnogo manj kubitov od Condorja - in s tem teoretično manjšo računsko moč - pa je v resnici tehnološko naprednejša naprava. V Herona so vgrajene nove povezave med kubiti z nastavljivimi spojniki in modernejše zasnove logičnih vrat; obenem ima čip tudi možnost povezovanja v večje združke. Računalnik Quantum System Two, ki so ga predstavili poleg, vsebuje tri tako povezane Herone. Novi spojniki na primer bistveno pospešijo izvajanje operacij na logičnih vratih, kar je ključno ob uvodoma navedenih težavah z motnjami.

Še bolj je osredotočenost na boj z motnjami očitna v načrtih do leta 2030. Proces izpopolnjevanja povezav in vrat, ki so ga pričeli s Heronom, bodo leta 2025 nadaljevali s 156-kubitnim čipom Flamingo. Leto zatem naj bi dočakali prvo izvedbo logičnih kubitov, to se pravi računskih kubitov, sestavljenih iz množice fizičnih kubitov, ki bi znali med seboj samodejno popravljati napake zaradi motenj (da se te nikoli ne bi odrazile na logičnem kubitu). Trenutne teoretične izpeljave logičnih kubitov terjajo množico fizičnih - najmanj nekje 400, pri IBMu pa so se namenili preizkusiti izboljšavo, pri kateri je potrebnih "samo" 288. Dejansko implementacijo v čipu naj bi leta 2028 prinesel procesor Starling. Njegove iteracije naj bi leta 2030 naposled omogočile računanje z milijoni operacij na okoli tisoč zanesljivih logičnih kubitih. To naj bi odprlo področje praktičnega dela s kvantnimi računalniki, ki pa tudi v tej fazi še ne bodo sposobni streti današnjih šifrirnih algoritmov, temveč jih bomo uporabljali pretežno za fizikalne simulacije in specifične matematične probleme. Velja omemba, da se bodo morali v podjetju za izpolnitev časovnice močno potruditi, kajti pristop s transmoni, ki ga pri IBMu uporabljajo, se ne mara preveč z množico povezav med kubiti, ki jih naprednejše sheme popravljanja napak in logičnih kubitov zahtevajo. V ta namen bodo morali razviti nove tridimenzionalne arhitekture čipov.