Kuantum bilgisayarlar nihayet geldi, ama hiç yararlı olacaklar mı?

Dünyanın dört bir yanındaki yüzlerce kuantum bilgi işlem firması, bu bir zamanlar exotik cihazları ticarileştirmek için yarışıyor, ancak jüri hala öne çıkacak ve gerçekten yararlı bir şey yapan bir makine üretecek

Kuantum bilgi işlem işinde olmak için daha iyi bir zaman olmamıştır. “Yaklaşık 10 yıl önce, Quantum Computing’in ilginç bir laboratuvar deneyinden daha fazlası olduğu açık değildi. O zamandan beri, küreselleşmiş bir ekosistem ortaya çıktı ”diyor sektördeki yüzlerce firmadan biri olan Fransız kuantum bilgi işlem başlangıç ​​Alice & Bob’da Laurent prost. Microsoft’taki Krysta Svore daha da özlü bir şekilde koyuyor: “Kuantum bilgisayarlar çalışıyor.”

Ama ne üzerinde çalışmak? Kuantum bilgisayarlar için pratik kullanımlar sınırlı kalır, henüz geleneksel bilgisayarlar tarafından ele alınamayan sorunları çözme yeteneğinin henüz gösterilmez. Bu sözü yerine getirmek için, karmaşık hesaplamalar yapacak kadar büyük olmaları gerekir ve bu hesaplamaların anlamlı olmasını sağlamak için daha az hata yapmalıdırlar. İki sorun da bileşik: Herhangi bir kuantum bilgisayarın yapı taşları olan daha fazla kubit eklemek, bir cihaza tipik olarak daha fazla hata getirir.

Bunu atlatmak için araştırmacılar, fiziksel kubitleri, hataları gerçekleştikçe yakalayabilecek ve düzeltebilecek “mantıksal kubitler” olarak gruplamaya başladılar. Svore, “Hataları algılayabilmeniz, hataları düzeltebilmeniz ve hesaplama sırasında yapabilmeniz gerekiyor” diyor. O halde gerçekten kullanışlı kuantum bilgisayarlara doğru temel yol, mümkün olduğunca çok mantıklı kubit içeren bir cihaz oluşturmaktır. Ancak gerçekte, tek bir rota olmaktan ziyade, dünyanın dört bir yanındaki rakipler büyük ödülü alma umuduyla çok farklı yaklaşımlar benimsiyorlar.

Bir önlemle, Kaliforniya merkezli başlangıç ​​atom hesaplaması paketin önünde. Elektrik yükü olmadığı için “nötr atomlar” olarak da bilinen son derece soğuk ytterbium atomlarından yapılmış 1180 kubit ile en büyük kuantum bilgisayarı rekoru tutar. Başka bir başlangıç ​​olan Pasqal, yakın zamanda kuantum bilgi işlem işlemcilerinde 1110 atomu hesaplamalar için kullanmadan bir araya getirdiğini bildirirken, Hefei’deki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibi, yapay zekanın yapılabileceğini gösterdi. Böyle bir montaj daha hızlı ve daha kolay.

“İnanılmaz bir ilerleme oldu. ‘Hiç bir sistem inşa edebilir misin?’ Atom Computing’de Ben Bloom ‘daha iyi inşa edebilir misin?’ ‘Diyor. “Bence nötr atomlar önde.”

Ancak saf sayılar yeterli olmayabilir. Nvidia’da Nicholas Harrigan, kendi kuantum bilgi işlem donanımını inşa etmeyen ancak bunları kullanmanın en iyi yollarını geliştirmek için birkaç şirketle ortaklık kuran Nicholas Harrigan, “Yararlı kuantum bilgisayarlar oluşturmak daha iyi kubitler inşa etmenin ötesinde çalışmayı içeriyor” diyor. Geleneksel bilgi işlem endüstrisinin diğer stalwartları da aynı fikre sahipti: Geçen yıl Microsoft, Quantum Dolaşımı ile bağlantılı 24 mantıksal kubit oluşturmak için Atom Computing ile çalıştı, bu da yararlı cihazlara giden yolda gerekli ilk adım.

Bu, 40’tan fazla mantıksal kubit gösteren Boston merkezli Nötr Atom Start-up Quera’yı yenmek için yeterli değildi. Ancak Quera, şimdi 50 mantıksal kubit yaratan ve dolaşan ve liderliği alan Nectinuum adlı bir başlangıç ​​yapan mantıksal quit tacını da iddia edemez. Bu yılın ilerleyen saatlerinde, firma, zaten rekor kıran makinesinden bir trilyon kat daha fazla bilgiyi kodlayabilecek bir kuantum bilgisayar başlatacak, diyor QuanTinuum’dan Rajeeb Hazra.

Esneklik kraldır

QuanTinuum, nötr atomlardan ziyade elektromanyetik alanlarla yerinde tutulan yüklü ytterbium iyonlarını kullanarak kubitlerine farklı bir yaklaşım benimser. Bu “tuzağa düşmüş iyon” kubitleri de Oxford Ionics ve Maryland merkezli IONQ gibi şirketler tarafından takip ediliyor. Her iki donanım payı türünün bir avantajı, kubitler arasındaki bağlantıları değiştirmenin kolaylığıdır, John Gamble Ionq’ta, fiziksel kubitleri hata düzeltmesi için mantıksal kubitlere bağlamanın farklı yolları da dahil olmak üzere birçok farklı algoritmayı sadakatle yürütmeye daha uygun hale getirir. “Esneklik ve çok yönlülük şu anda kral” diyor.

Bu esneklik, tuzağa düşmüş iyon ve nötr atom destekçilerinin sonunda Google ve IBM gibi teknoloji devlerini geride bırakmayı ummasının nedeninin bir parçasıdır. Özellikle Google, kuantum bilgi işlem endüstrisinde büyük görünür, ilk olarak “kuantum üstünlüğü” – geleneksel bir bilgisayarın asla yapamayacağı bir hesaplama yapabilme yeteneği – 2019’da. 2024 Willow adında yeni bir çip ile 5 dakika içinde dünyanın önde gelen geleneksel süper bilgisayarını yaklaşık 10 septillion yıl alacak belirli bir hesaplama görevi yerine getirebileceğini söyledi.

Hem Google hem de IBM, kendi faydaları olan küçük süper iletken devrelerden kupitlerini yaparlar, çünkü hesaplamaları atomik ve iyonik meslektaşlarından daha hızlı yürütebilirler ve zaman zaman daha güvenilirdir. Nötr atomlarla, bazı kubitler her zaman kesin olarak kalibre edilmiş, lazer kontrollü kuantum durumlarından geçiş riski taşır.

Ancak bu faydalar, rekabetin önüne geçmek için yeterli olmayabilir. Süper iletken kubitler yerinde bağlanır ve sadece en yakın komşularına kolayca bağlanır. Bu, daha yakın zamanda geliştirilen ve bu kodları daha da denemeyi denemeyi yapılan hata düzeltme algoritmalarının birkaçını uygulamayı çok daha zor hale getirir.

Gamble, “Yeni hata düzeltme kodlarıyla yapılan gelişmeler çok hızlı bir şekilde oldu ve bu son olsaydı şaşırırdım” diyor Gamble. Bloom, diğer kuantum bilgisayar türleriyle çalıştığını, ancak odağı nötr atom kubitlerine kaydırdığını, çünkü alanın temel zorluklarına daha fazla çözüm sunduklarını söyledi. Endüstrinin favorisi olduğunda, süper iletken yaklaşım artık yoldan çıkma riski altında olabilir.

Bu, Google’ın çabalarının boşuna olduğu anlamına gelmez. Şirket, Willow’un mantıksal kubitlerine daha fazla fiziksel kubit eklemenin, büyük ölçekli bilgisayarlar yapmak için hayati bir adım olan hata düzeltme yeteneklerini artırdığını gösterdi.

Ölçeklendirme

Bu arada, IBM’nin Condor Quantum işlemcisi, Atom Computing’in rekor kıran makinesinden sadece 59 kubaya sahiptir ve firma 2026’da 4000 kubiti ihlal etmek için yolda. daha büyük ve daha güçlü makineler. Şirket, bunun Google gibi doğrudan rakiplerden daha fazla hata düzeltme kodu uygulamalarına izin vereceğine inanıyor.

Süper iletken kubitlerde de uzmanlaşmış Rigetti Computing’deki David Rivas, onun görüşüne göre, süper iletken kuantum bilgisayarların henüz çıkmaza girmediğini söylüyor. Bu tür kuantum bilgisayarda “konuştuğumuz gibi” değer var. Rigetti Computing, 9 kubitli daha büyük bir 84 kantlı kuantum işlemciye erişim ile birlikte, gönderilmeye hazır bir kuantum bilgisayar satıyor ve Rivas, firmanın hem devlet laboratuvarlarına hem de ticari işletmelere kuantum bilgisayar sattığını söylüyor, çoğunlukla daha fazla Teknoloji.

Alice & Bob da kubitlerini süper iletken bileşenlerden yapar, ancak temel tasarımı, mantıksal kubitler oluşturmadan önce bile hataların bastırılmasına öncelik vererek diğerlerinden farklıdır. Bu nedenle, Alice & Bob araştırmacıları, rakiplerinin milyonlarca inşa etmek zorunda kalabilecekleri binlerce kubit ile tamamen hatasız kuantum bilgi işlemine ulaşabileceklerine inanıyorlar. Henüz mantıklı bir kubit göstermediler, ancak 2030 yılına kadar gerçekten kullanışlı bir kuantum bilgisayara sahip olmayı hedefliyorlar.

Benzer beş yıllık zaman çizelgeleri, yararlı bir kuantum bilgisayar inşa etme yarışındaki birçok yarışmacı için büyük görünüyor, ancak Kaliforniya tabanlı kuantum start-up psiquantum, aralarında en iddialı plana sahip. Firma, birkaç KBit Cihazları ile gösterileri ve deneyleri öngördü ve 2027’de büyük ölçekli, süper bilgisayar benzeri bir kuantum bilgisayar sunmayı hedefliyor. Bu parçacıkları kontrol eden lazerler ve lensler gibi geleneksel olarak karmaşık bileşenlerin endüstriyel ölçekte kolayca üretilebilen yarı iletken yongalara entegre edilmesi.

Psiquantum’daki Pete Shadbolt, “Kendimiz için çok zorlu zaman çizelgeleri belirleme işindeyiz ve bunun yapılabilir olduğuna inanmak için rasyonel, kanıta dayalı nedenlerimiz var” diyor.

Foton kullanma konusunda uzmanlaşmış diğer kuantum bilgi işlem şirketleri daha geleneksel bir yol izledi. 2021’de Xanadu, birkaç algoritma gerçekleştirebilen fotonik bir kuantum bilgi işlem çipi gösterirken, başka bir fotonik kuantum bilgi işlem başlatma, Quandela, gelecekte daha kolay yükseltmeler için ayarlayan modüler bir tasarıma sahip 12 kbit bir makine satıyor.

Aralarından seçim yapabileceğiniz çok sayıda kubit platformu ile, kim ilerleyecek? Sektörün uzun zamandır gözlemcisi olan California Teknoloji Enstitüsü’ndeki John Preskill, atomlara geçici olarak bahis yapıyor. Birçoğunu yapma ve bunları kuantum algoritmanız için doğru şekilde bağlayabilme beklentileri onları en umut verici hale getiriyor. “Bence (nötr atom kuantum bilgisayarı) birkaç kez yapabileceği 10.000 kubit, süper iletken bir kuantum bilgisayarda yüz binlerce kubit gerektirebilecek şeyle karşılaştırılabilir.”

Ancak en iyi kübit, asla fark etmediğiniz kişi olabilir. Bugünün kuantum bilgi işlem araştırmacıları, geleceğin mühendislerinin cihazlarını, donanımın niteliğini anlamanın hala önemli olabileceği egzotik makinelerden ziyade, geleneksel süper bilgisayar veya AI ile birlikte sadece bir başka harika bilgi işlem kaynağı olarak düşünmelerini istiyor. “Umudum, sonunda, hiç kimsenin fiziksel kubitleri bir daha düşünmesi gerekmeyecek” diyor Bloom. Bu noktada, kuantum bilgisayarlar sadece çalışıyor olabilir, aynı zamanda dünyayı gerçekten değiştirebilecek sorunlarla mücadele edebilir.