Revolučný prielom na ceste k plne funkčným kvantovým počítačom

Svet kvantových počítačov je plný prísľubov o nesmiernom výpočtovom výkone, no zároveň ho sužuje fundamentálny problém – krehkosť. Kvantové bity, alebo qubity, ktoré sú základnými stavebnými kameňmi týchto strojov, sú extrémne citlivé na vonkajšie vplyvy, ako je teplo či vibrácie. Tento „šum“ spôsobuje chyby vo výpočtoch a ohrozuje celú podstatu kvantovej výpočtovej techniky. Doterajším riešením bola takzvaná kvantová korekcia chýb, pri ktorej sa stovky, ba až tisíce nestabilných „fyzických“ qubitov spájajú do jedného robustného „logického“ qubitu.

Tento prístup však vedie k obrovským, energeticky náročným strojom, ktoré pripomínajú skôr celé budovy než počítače. Kanadský startup Nord Quantique však teraz predstavil prelomový koncept, ktorý by mohol túto paradigmu zmeniť. Vyvinuli nový typ qubitu, ktorý sľubuje cestu ku kvantovým počítačom, ktoré budú dramaticky menšie, rýchlejšie a energeticky úspornejšie. Tento úspech otvára dvere k prakticky využiteľným kvantovým strojom.  

Jadro inovácie spoločnosti Nord Quantique spočíva v qubite so zabudovanou schopnosťou opravovať vlastné chyby. Namiesto použitia hrubej sily v podobe obrovského množstva qubitov sa zamerali na elegantnejší dizajn základného stavebného prvku. Ich „bionický qubit“ je založený na supravodivej hliníkovej dutine ochladenej na teplotu blízku absolútnej nule. Kvantová informácia je v nej uložená vo fotónoch, ktoré sú rozdelené medzi viaceré elektromagnetické vzory, takzvané „módy“.

Kľúčový poznatok je, že ak je jeden z týchto módov narušený vonkajším šumom, ostatné módy obsahujú dostatok informácie na to, aby sa správny stav obnovil. Týmto spôsobom qubit získava vnútornú odolnosť voči chybám. Tento prístup predstavuje zásadný posun od „hrubej sily“ k „inteligentnému dizajnu“. Umožňuje dosiahnuť pomer 1:1 medzi fyzickými a logickými qubitmi, čo je obrovský skok v efektivite v porovnaní s tradičnými metódami, ktoré vyžadujú stovky fyzických qubitov na jeden logický.

Na ďalšie zvýšenie odolnosti použili vedci špeciálny „bosonický kód“ nazvaný Tesseract kód, ktorý chráni qubit pred špecifickými typmi chýb, vrátane obzvlášť problematického „úniku“, kedy qubit opustí stavy používané na výpočet. Výsledky tohto prelomového prístupu sú ohromujúce, keď sa preložia do konkrétnych čísel. Vedci z Nord Quantique odhadli, že na prelomenie 830-bitového šifrovacieho kľúča RSA by ich navrhovaný kvantový počítač potreboval len jednu hodinu a spotreboval by 120 kilowatthodín energie.

Na porovnanie, súčasný superpočítač by na vyriešenie rovnakého problému potreboval deväť dní a spotreboval by 280 000 kilowatthodín energie. Z toho vyplýva neuveriteľný záver: architektúra od Nord Quantique by mohla vyriešiť problém 200-krát rýchlejšie a spotrebovať pritom 2 000-krát menej energie. Okrem toho by bol takýto stroj aj prekvapivo kompaktný.

Počítač s 1 000 logickými qubitmi postavený na tejto architektúre by zaberal plochu len 20 metrov štvorcových, čo by mu umožnilo bez problémov sa zmestiť do bežného dátového centra. Tým sa rúca predstava o kvantových počítačoch ako o monštruóznych strojoch veľkosti budov. Spoločnosť Nord Quantique má ambiciózny plán, ako túto technológiu uviesť do praxe. Do roku 2029 plánujú vydať stroj so 100 logickými qubitmi a do roku 2031 plnohodnotný systém s 1 000 logickými qubitmi.

Tento konkrétny časový plán ukazuje, že nejde len o teoretický koncept, ale o reálnu cestu vpred. Je dôležité poznamenať, že v pretekoch o kvantovú nadvládu sa skúmajú aj iné prístupy, ako napríklad kvantové žíhanie, ktoré už preukázalo výhody pri riešení špecifických optimalizačných problémov. Prístup Nord Quantique je však zameraný na univerzálne, chybám odolné kvantové počítače, čo predstavuje svätý grál tejto oblasti.

Hoci sú kvantové operácie v teórii energeticky veľmi efektívne, inžinierska realita spojená s chladením a korekciou chýb robí súčasné systémy extrémne energeticky náročnými. Práca Nord Quantique je tak zásadným krokom k naplneniu teoretického potenciálu kvantových počítačov. V konečnom dôsledku tento prelom nepredstavuje len laboratórnu kuriozitu, ale praktickú, škálovateľnú a ekonomicky životaschopnú cestu k plne funkčným kvantovým počítačom.  

Zdroj: livescience.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}