Kwantowy komputer dysponujący 256 kubitami zbudowała bostońska firma QuEra Computing. W jego budowę zaangażowani byli fizycy z Uniwersytetu Harvarda i Massachusetts Institute of Technology (zwanego MIT).

Kilka dni temu koncern IBM ogłosił, że opracował kwantowy procesor, który ma 127 kubitów. Kwantowa maszyna QuEra ma ich prawie dwukrotnie więcej.

Komputery kwantowe wykorzystują skomplikowane zjawiska fizyczne do prowadzenia obliczeń

Kubity to kwantowe elementy obliczeniowe. W zwykłych komputerach informacja jest zapisywana za pomocą bitów, które mogą przyjąć dwa stany: 0 albo 1. Natomiast kubity, dzięki zjawisku tzw. superpozycji kwantowej mogą znajdować się również we wszystkich stanach pośrednich między 0 a 1 jednocześnie.

Dzięki temu kubity mogą wykonywać równolegle wiele obliczeń. Wiąże się to jednak z pewnym ograniczeniem – pojedynczy wynik kwantowych obliczeń jest przypadkowy i bezużyteczny. Dopiero po wykonaniu całej serii rachunków ich średnia daje właściwy rezultat. Jest on tym dokładniejszy, im więcej obliczeń wykona komputer kwantowy.

Więcej kubitów oznacza większą moc obliczeniową. Ale nowy komputer kwantowy z USA ma jeszcze jedną przewagę – łatwiej go programować. Z czysto technicznego punktu widzenia różni się też od poprzedników budową.

Kubity w „optycznych szczypcach”

Zazwyczaj kubity utrzymuje się w odpowiednim stanie dzięki bardzo niskim temperaturom. Są chłodzone ciekłym helem, żeby wyeliminować zakłócenia, jakie może wywołać promieniowanie cieplne. Nawet ono mogłoby wytrącić kubity z delikatnego kwantowego stanu, w którym mogą prowadzić obliczenia.

Startup QuEra zbudował komputer z kubitów utrzymywanych w powietrzu przez lasery. Zjawisko to nazywane jest czasem „szczypcami optycznymi”, a odkrywca tej technologii dostał Nagrodę Nobla w 2018 r. Dzięki temu kubity można przesuwać, co ułatwia programowanie takiego układu. Taki kwantowy procesor jest też lepszy, jeśli chodzi o istotną cechę, czyli koherencję. Określa ona, jak bardzo kubity są ze sobą kwantowo powiązane.

Firma nie zamierza na tym poprzestać. W ciągu dwóch lat chce zbudować kwantowy procesor z tysiącem kubitów. W przyszłości zaś planuje, że będą ich nawet setki tysięcy.

Czy kwantowy komputer pomoże Japończykom?

Jednym z inwestorów spółki jest japoński gigant telekomunikacyjny Rakuten. Zamierza on wykorzystać nowy kwantowy procesor do rozwiązywania problemu optymalizacji rozmieszczenia swoich nadajników sieci 4G i 5G. Takie problemy są bardzo trudne i zajmują nawet superkomputerom bardzo dużo czasu. Kwantowe maszyny, jak się uważa, będą mogły rozwiązywać je szybciej.

Nie wszyscy naukowcy jednak są przekonani, że komputery kwantowe będą mogły przyspieszyć każdy rodzaj obliczeń. W przypadku algorytmów optymalizacji akurat nie jest to przesądzone.

Komputery kwantowe są jeszcze raczkującą technologią, a kwantowe procesory są nadal zbyt słabe, by wykonywać skomplikowane obliczenia. Niektórzy eksperci zajmujący się kwantowymi komputerami i teorią obliczeniową uważają, że komputery kwantowe mogą przewyższyć tradycyjne w pewnych specjalistycznych obliczeniach. Jednak ze względu na skomplikowaną technologię i koszty – oraz same fizyczne ograniczenia – komputery kwantowe mogą nigdy nie wyprzeć tradycyjnych.

Od 60 do 120 kubitów w dwa lata. Dwukrotnie więcej – w niespełna tydzień

To, że kwantowe komputery mogą być lepsze od tradycyjnych, ogłosił światu Google jesienią 2019 roku. Jego kwantowy komputer Sycamore w trzy minuty wykonał obliczenie, które na tradycyjnych komputerach trwałoby kilka tysięcy lat.

IBM, z którego superkomputerem Summit porównywano pierwszy kwantowy komputer Google’a, ogłosił w odpowiedzi, że badacze nie docenili możliwości tradycyjnej maszyny. Inżynierowie IBM przedstawiali nawet na to dowody. Oznaczałoby to, że komputer kwantowy Google’a był w zasadzie sztuką dla sztuki – dowodem na to, że kwantowe komputery mogą działać – ale już nie na to, że są szybsze.
 
Źródła: MIT Tech Review, Nature.