Bristlecone, ο ισχυρότερος κβαντικός επεξεργαστής

Με την ονομασία Bristlecone, το βασισμένο σε πύλες, υπεραγώγιμο σύστημα των 72-qubit κυριολεκτικά διαλύει τον αμέσως μεγαλύτερο επεξεργαστή του είδους, τον 50-qubit επεξεργαστή της IBM (να αναφέρουμε ότι το αντίστοιχο bit για τους κβαντικούς υπολογιστές είναι το quantum bit ή qubit).

Από ότι φαίνεται ο αγώνας για τη δημιουργία του πρώτου, πραγματικά χρήσιμου κβαντικού υπολογιστή στο κόσμο πλησιάζει στην ολοκλήρωση του.

Η ερευνητική ομάδα “Research at Google” της εταιρείας με έδρα στο Mountain View της California κατάφερε να σχεδιάσει τον επεξεργαστή των 72-qubit με το να κλιμακώσουν/ επεκτείνουν το προηγούμενο σύστημα 9-qubit της ομάδας. Ο προφανής στόχος είναι η παροχή της απαραίτητης ισχύος και της απαραίτητης σταθερότητας στους κβαντικούς υπολογιστές ώστε να είναι πρακτικώς χρήσιμοι.

Σε ανάρτηση στο επίσημο blog της Google, ο Julian Kelly, Επιστήμονας Ερευνητής στο Quantum AI Lab της εταιρείας επισημαίνει: “Εφόσον ένας κβαντικός επεξεργαστής μπορεί να λειτουργήσει με χαμηλά περιθώρια λάθους, θα είναι σε θέση να ξεπεράσει σε απόδοση έναν συμβατικό υπερυπολογιστή πάνω σε ένα άριστα τεκμηριωμένο πρόβλημα πληροφορικής, ένα επίτευγμα γνωστό και ως κβαντική υπεροχή”.

Κάτι τέτοιο σύμφωνα με κάποιους επιστήμονες και ερευνητές πρόκειται να συμβεί κοντά στα 100 qubits, όταν και το κβαντικό σύστημα θα είναι σε θέση θεωρητικά να ξεπεράσει σε απόδοση όλους τους υπερυπολογιστές στον πλανήτη.

Όπως τονίζουν οι ερευνητές της Google: “Αν και κανείς δεν επιτύχει αυτό το στόχο ακόμη, υπολογίζουμε ότι η κβαντική υπεροχή μπορεί εύκολα να επιτευχθεί με 49 qubits, βάθος κυκλώματος άνω των 40 ποσοστό λάθους two-qubits κάτω του 0,5%.  Πιστεύουμε ότι η πειραματική επίδειξη ενός κβαντικού επεξεργαστή με υψηλότερη απόδοση από εκείνη ενός υπερυπολογιστή θα αποτελέσει σημείο καμπής για τον τομέα μας, και συνεχίζει να αποτελεί έναν από τους βασικούς μας στόχους».

Οι Google και ΙΒΜ δεν είναι οι μοναδικές εταιρείες που προσπαθούν να βγουν πρώτες στον αγώνα για την κβαντική υπεροχή. Η Microsoft έχει το δικό της τμήμα έρευνας πάνω στους κβαντικούς υπολογιστές ενώ και η Intel τοποθετεί επεξεργαστές για κβαντικούς υπολογιστές πάνω σε chips πυριτίου. Ορισμένα startups επίσης, όπως η Rigetti βρίσκονται στην αιχμή της τεχνολογίας.

Υπάρχουν ακόμη πολλά εμπόδια και προκλήσεις για τα κβαντικά συστήματα. Για την ώρα δεν είναι σε θέση να κάνουν κάτι πρακτικά χρήσιμο πέρα από συγκεκριμένες εργαστηριακές εργασίες. Τα qubits είναι εξαιρετικά ευαίσθητα, και τυχαίες αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον υποβαθμίζουν τις υπερθέσεις εξαιρετικά γρήγορα, μετατρέποντάς τις σε τυχαία διατεταγμένα συμβατικά bits.

Το πρόβλημα που προκύπτει στη διόρθωση σφάλματος είναι ποια λάθη χρειάζονται διόρθωση. Η απάντηση είναι πρώτιστα εκείνα τα λάθη που προκύπτουν ως άμεσο αποτέλεσμα αποσυσχετισμού (decoherence) ή από τη τάση ενός κβαντικού υπολογιστή να αποσυντεθεί από μία δεδομένη κβαντική κατάσταση σε μία ασυνάρτητη κατάσταση καθώς αλληλεπιδρά με το περιβάλλον. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του περιβάλλοντος και των qubits είναι αναπόφευκτες και προκαλούν τη διακοπή των πληροφοριών που  αποθηκεύονται στον κβαντικό υπολογιστή, και έτσι τα  λάθη στον υπολογισμό. Για να εξαλειφθεί ο “θόρυβος” όπως ονομάζονται αυτές οι παρεμβολές που καθιστούν δύσκολη τη λήψη σταθερών και με ακρίβεια ενδείξεων από τα qubits, θα χρησιμοποιηθεί κβαντική διόρθωση σφαλμάτων.

Αν και δεν απέχουμε και πολύ από τον πρώτο, πραγματικά χρήσιμο κβαντικό υπολογιστή, και όλα μπορούν να συμβούν σε αυτό τον τεχνολογικό αγώνα, η ομάδα της Google είναι αισιόδοξη: “Είμαστε προσεκτικά αισιόδοξοι ότι η κβαντική υπεροχή μπορεί να επιτευχθεί με τον Bristlecone και ότι η μάθηση για την κατασκευή και τη λειτουργία συσκευών σε τέτοιο επίπεδο απόδοσης είναι μια συναρπαστική πρόκληση!”.

Insomnia