A kvantumszámítógépek fejlődése az elmúlt években ugrásszerű volt, és a Helios nevű rendszer különösen figyelemre méltó a qubitjeinek rendkívüli precizitása miatt. Rajibul Islam, a kanadai Waterloo Egyetem fizikus kutatója, aki nem áll kapcsolatban a Quantinuummal, kiemelte, hogy a Helios qubitjeinek hibaaránya már alapból nagyon alacsony, így kevesebb hardver erőforrást kell fordítaniuk a hibajavításra.
A Helios qubitjeinek kivételes pontossága
A Quantinuum csapata olyan kísérleteket végzett, amelyek során qubitpárokat hoztak kölcsönhatásba az úgynevezett összefonódás (entanglement) műveletében. Az eredmények azt mutatták, hogy ezek a qubitpárok 99,921%-os pontossággal viselkedtek az elvárásoknak megfelelően. Islam szerint „tudomásom szerint más platform nem ér el ilyen szintet”. Ez az eredmény egyedülálló előnyt jelent a Helios számára.
Az ionok mozgékonyságának előnyei
A Helios kiemelkedő teljesítménye részben az ionok speciális tervezési tulajdonságainak köszönhető. Ellentétben a szupervezető áramkörökkel, amelyek egy kvantumszámítógép chipjének felületéhez vannak rögzítve, a Quantinuum Helios chipjén lévő ionok képesek mozogni. Ez lehetővé teszi, hogy minden ion kölcsönhatásba léphessen bármely másikkal a számítógépen belül – ezt hívjuk „all-to-all connectivity”-nek, vagyis teljes összekapcsolhatóságnak.
Ez a fajta összekapcsolhatóság lehetővé teszi olyan hibajavító módszerek alkalmazását, amelyek kevesebb fizikai qubitet igényelnek. Ezzel szemben a szupervezető qubitek csak közvetlen szomszédjaikkal tudnak kommunikálni, így két nem szomszédos qubit közötti számítás több köztes lépést igényel az őket összekötő qubitek bevonásával.
Strabley
Különböző qubittípusok versenye a jövőért
Bár jelenleg a Helios kiemelkedik pontosságával és összekapcsolhatóságával, még nem világos, hogy hosszú távon melyik qubittípus fog dominálni. Mindegyik technológiának megvannak a maga előnyei és kihívásai:
- Ionok: Az IonQ és Quantinuum is ionokat használ. Ezek előnye, hogy viszonylag kevés hibát generálnak, így kevesebb fizikai qubittel is hatékonyabb számítás végezhető.
- Szupervezető qubitek:
- Semleges atomok:
Rajibul Islam megfogalmazása szerint: „Még kevesebb fizikai qubittel is többet lehet elérni ionokkal.” Ugyanakkor az iparban mindhárom megközelítésnek megvan a helye és jövője.
Új mérföldkő: Hibajavítás valós időben
A Quantinuum egyik jelentős újítása az volt, hogy képes volt hibajavítást végrehajtani „azonnal”, vagyis valós időben. David Hayes, a cég számításelméleti és tervezési igazgatója elmondta, hogy ez egy új képességük gépeik számára.
A hibák felismerésére párhuzamosan Nvidia GPU-kat használtak, amelyek hatékonyabbnak bizonyultak az iparban gyakran alkalmazott FPGA chipeknél. Ez az innováció jelentős előrelépést jelenthet a kvantumszámítógépek megbízhatóságában és működési sebességében.
Kvantumszimulációk és gyakorlati alkalmazások
A Quantinuum gépeit már sikeresen alkalmazták alapvető fizikai jelenségek vizsgálatára is. Korábban például sikerült szimulálniuk egy magneton H2 rendszert – amely elődjük volt –, amellyel állításuk szerint „versenyezni tudtak a legjobb klasszikus módszerekkel is mágnesesség megértésében”.
A Helios bejelentése mellett bemutatták azt is, hogy képesek modellezni elektronok viselkedését magas hőmérsékletű szupervezetőkben. Hayes hangsúlyozta: „Ezek nem mesterséges problémák; például az Energiaügyi Minisztérium is nagy érdeklődést mutat irántuk.”
A jövő tervei: Sol és Apollo kvantumszámítógépek
A Quantinuum további fejlesztéseket tervez Minnesota-i telephelyén. Már elkezdtek dolgozni egy negyedik generációs prototípuson, Sol-on, amelyet 2027-re terveznek átadni 192 fizikai qubittel.
Ezt követően 2029-ben érkezhet az Apollo, amely több ezer fizikai qubittel rendelkezik majd és várhatóan teljes mértékben hibamentes működésre lesz képes – vagyis képes lesz nagy léptékű hibajavításra (fault tolerant).
Összegzés
A Helios kvantumszámítógép új mércét állított fel precizitásban és összekapcsolhatóságban az ion alapú technológiájával. A valós idejű hibajavítás bevezetése tovább növeli megbízhatóságát és alkalmazhatóságát komplex fizikai problémák modellezésében. A Quantinuum ambiciózus tervei pedig azt mutatják, hogy hamarosan még nagyobb teljesítményű és megbízhatóbb rendszerekkel találkozhatunk a kvantumszámítás világában.