IBM udvostručio performanse svojih kvantnih računala

Eksponencijalni tempo poboljšanja performansi važan je da bi se današnja kvantna računala učinila korisnijima i kako bi jednog dana postala i praktično primjenjiva za razliku od današnjih koja su isključivo usmjerena na znanstvena istraživanja

170
performanse kvantnih računala

IBM je udvostručio performanse svojih kvantnih računala u usporedbi s prošlogodišnjim modelom. Time je napravljen još jedan korak prema obećanim revolucionarnim računalima. Ali to je samo mali korak, a suparnici im već dahću za vrat, piše portal CNET.

Osnovni element za obradu podataka u kvantnom računalu naziva se qubit, a poželjno je imati ih što više. No, qubiti su vrlo osjetljivi: vanjski utjecaji poput topline lako ih ometaju i podrivaju kvantne proračune. Kako bi izmjerio performanse računala, IBM je kreirao test zvan kvantni volumen koji je osmišljen kako bi mjerio oba podatka: koliko qubita kvantno računalo ima te koliko posla oni zapravo obavljaju.

Prošle godine IBM je dostigao kvantni volumen od 32. Ove godine dostigao je 64, čime je drugu godinu za redom udvostručio kvantni volumen. Taj eksponencijalni tempo poboljšanja važan je da bi se današnja kvantna računala učinila korisnijima i kako bi se održalo zanimanje za njih kako bi jednog dana postala i praktično primjenjiva za razliku od današnjih koja su isključivo usmjerena na znanstvena istraživanja.

Kvantno računarstvo neće zamijeniti klasičan dizajn čipova koji pokreću prijenosna računala, servere te pametne satove i telefone. Ali, ako se ispune najave, moći će rješavati zadatke koji su daleko izvan dosega današnjih računala. To uključuje razvoj novih materijala, lijekova i kemijskih procesa na molekularnoj razini, kreiranje gnojiva; bržu isporuka paketa te profitabilnije investicijske portfelje.

Tehnologija je dovoljno važna da pokrene dugoročne investicijske programe tehničkih divova poput IBM-a, Googlea, Intela i Microsofta, mnoštva startupa i jednog zanimljivog igrača koji pokušava vratiti svoje mjesto u računalnoj industriji – Honeywell. IBM je lider na tržištu, a trenutno ima samo 22 aktivna stroja naprema 18 koliko su ih imali u svibnju.

Utrka je počela

Ranije ove godine Honeywell je poručio da je IBM pobijedio u ovoj etapi utrke do kvantnog volumena od 64. Utrka je počela kolegijalno i pomalo akademski, ali čini se da poprima tradicionalnu dinamiku računalne industrije. Svi žele napraviti najbrže kvantno računalo.

Ono po čemu se ova utrka razlikuje od većine drugih u računalnoj industriji je da konkurentni primjenjuju različite pristupe. IBM i Google odlučili su se za dizajn sa supravodljivim qubitima ohlađenim ispod apsolutne nule. Honeywellovi qubiti pakirani su u kućišta nabijenih čestica zvanih ioni. Intelova ideja, koja nije dozrela, temelji se na korištenju elektrone kao kubita, odnosno njihovog kvantno mehaničkog svojstva zvanog spin. Microsoft se nada da će nestabilnost qubita zaobići pristupom koji se naziva topološki kubiti.

No, svima su potrebni qubiti. Obični bitovi računala mogu biti u jednom od dva stanja, nuli ili jedinici, dok qubiti mogu biti u stanju jedinice ili nule, ali i u oba stanja istovremeno zahvaljujući fenomenu kvantne fizike koji se naziva superpozicija. Drugi fenomen naziva se kvantno zapetljanje i povezuje stanja više qubita, što omogućava kvantnom računalu da upravlja sa znatno više mogućih kombinacija stanja. Ova svojstva qubita omogućuje kvantnim računalima da određene operacije izvode brže u odnosu na standardna računala.

Programeri upravljaju kvantnim računalima mijenjajući stanja sekvencama koje nazivamo “kvantna logička vrata” (“gate”). poput logičkih sklopova kod tradicionalnih čipova. Ona utječu na superpoziciju qubita ili niza qubita koji se promatraju kao jedno kvantno stanje. U idealnom slučaju, tako postupno dolaze do odgovora na određeno pitanje. No, nisu svi računalni zadaci pogodni za ovakav pristup.

Treba nam više qubita

Današnja kvantna računala nemaju puno qubita – na Falcon kvantnom računalnom čipu koji je IBM koristio za svoj test kvantnog volumena samo ih je 27. Ali IBM je na putu da taj broj poveća.

“Uskoro ćemo predstaviti drugu verziju IBM-ovog Quantum Hummingbirda koja je znatno poboljšana u odnosu na prvu verziju”, rekao je Jay Gambetta, potpredsjednik IBM Quantuma i koautor članka koji detaljno opisuje kako je IBM dostigao kvantni volumen od 64. IBM će povezati više kvantnih procesora, dodao je.

Povezivanje qubita i održavanje njihove stabilnosti presudno je za uspjeh kvantnog računarstva. Fizička inkarnacija qubita može biti gotovo bilo sve što posjeduje kvantno ponašanje, ali stanje superpozicije jako je teško postići i održati. To postaje još teže što je više qubita u istom sustavu. Oni su toliko nestabilni da današnji dizajneri smatraju kako će se jako puno qubita morati povezati u pojedinačne “logičke” qubite kako bi zajedno mogli podnijeti pogreške. Minimum je milijun qubitsa.

Intel je isprobao IBM-ov supravodički pristup s procesorom iz 2018. godine, ali taj čip je veličine uobičajenog čipa za servere što ga čini preskupim, rekao je nedavno Intelov direktor za kvantno računarstvo Jim Clarke. Zbog toga se Intel odlučio na spin qubite jer ih se na čip može smjestiti puno više.

I Honeywell tvrdi da će njegov dizajn “ionske klopke” omogućiti smještaj znatno većeg broja qubita, što će mu omogućiti – barem tako planiraju – da povećavaju kvantni volumen deset puta godišnje, što je znatno brže od IBM-ovog tempa.

Gambetta ne podcjenjuje konkurente, ali kaže da se moraju dokazati. “Još uvijek nismo vidjeli cjelovit, stabilan i pristupačan sustav koji koristi veći broj qubita”

Što se tiče Honeywella, Gambetta bi želio vidjeti članak u kojem je detaljno prikazan cjeloviti rad sustava, a ne samo pojedini elementi.

Problematično upravljanje

Jedna od poteškoća je u tome što je granica između upravljanja qubitima i njihovog ometanja vrlo tanka. Zato se kvantna računala danas kontroliraju na daljinu. Konvencionalna računala šalju kontrolne podatke qubitima i čitaju odgovore putem glomaznog snopa kabela.

Istraživači Hot Chipsu, Intela i Microsofta nadaju se da će razviti tehnologiju kojom bi poboljšali upravljanje premještajući proces u poseban procesor koji je blizak kvantnom računalnom čipu u kojem se nalaze qubiti.

Intel je dizajnirao svoju prvu generaciju upravljačkih čipova nazvanu Horse Ridge, a sada radi na drugoj generaciji, Horse Ridge 2, rekao je Clarke.

Microsoft se također bori s upravljačkim problemima. Trik će biti kako ugurati kontrolni čip koji se neće zagrijavati, rekao je David Reilly, direktor kvantnog projekta u Microsoftu u Sydneyu u Australiji. Ako imate kvantno računalo s milijun qubita, svaki od njih primao bi milijun uputa u sekundi. Za to bi bio potreban upravljački čip koji može obraditi podatke od bilijun bitova u sekundi, a to znači da bi se čip poprilično zagrijavao.

U kvantnom računarstvu čekaju nas još godine eksperimentiranja dok istraživači pronađu pravi dizajn računala. “Mislim da još uvijek tražimo pravu platformu”, rekao je Reilly.