Komputery kwantowe odporne na błędy? IBM wie kiedy się pojawią

Mówiąc o przewadze kwantowej, mowa oczywiście o momencie, w którym komputer kwantowy wykona obliczenie niemożliwe do przeprowadzenia przy użyciu klasycznych maszyn. Według przedstawicieli firmy kolejnym ważnym krokiem będzie powstanie pierwszego skalowalnego komputera kwantowego odpornego na błędy już w 2029 roku.

Najważniejszą nowością w ofercie IBM jest procesor o nazwie Nighthawk

Nighthawk to układ stworzony specjalnie z myślą o obliczeniach przekraczających możliwości najpotężniejszych klasycznych maszyn. Procesor wyposażony jest w 120 kubitów, które mogą komunikować się ze sobą dzięki 218 dostrajanym sprzęgaczom. Taka konstrukcja umożliwia wykonywanie obliczeń o około 30 procent większej złożoności niż w poprzedniej generacji procesorów IBM, przy jednoczesnym zachowaniu niskiego poziomu błędów.

Chip ten jest w stanie obsłużyć nawet pięć tysięcy bramek dwukubitowych, czyli podstawowych operacji logiki kwantowej. Kolejne wersje Nighthawka - planowane na lata 2026-2028 - mają zwiększać te możliwości do 7,5 tysiąca, 10 tysięcy, a nawet 15 tysięcy bramek, dzięki wprowadzeniu ponad tysiąca kubitów i nowych połączeń pozwalających przesyłać informacje na większe odległości w obrębie jednego układu.

Warto tutaj także zwrócić uwagę na oprogramowanie rozwijane przez IBM. Środowisko Qiskit, wykorzystywane do projektowania i uruchamiania algorytmów kwantowych, otrzymało funkcje zwiększające precyzję obliczeń na dużych układach, co ma już dziś zapewniać znaczący wzrost dokładności powyżej 100 kubitów. IBM integruje Qiskit z wysokowydajnymi superkomputerami, dzięki czemu koszt uzyskiwania wiarygodnych wyników ma spaść nawet stukrotnie. Do 2027 roku oprogramowanie zostanie rozszerzone o biblioteki pozwalające mierzyć się z problemami fizycznymi i chemicznymi. To z kolei oznacza, że procesory będą radziły sobie nie tylko z symulacjami reakcji chemicznych i fizycznych, ale także ze złożonymi równaniami różniczkowymi czy nawet z modelowaniem układów kwantowych w materiałach.

Prawdziwa przyszłość drzemie jednak w eksperymentalnym układzie Quantum Loon

Chyba najbardziej futurystycznym elementem przedstawionym przez IBM jest jednak procesor eksperymentalny Quantum Loon. Tak naprawdę jest to pierwszy demonstrator architektury projektowanej nie po to, by zwiększać liczbę kubitów za wszelką cenę, lecz by skutecznie je chronić przed błędami. Loon wykorzystuje wielowarstwowe połączenia o niskich stratach sygnału, które pozwalają łączyć kubity na większe odległości wewnątrz układu, oraz technikę szybkiego resetowania kubitów między etapami obliczeń. Według przedstawicieli IBM inżynierom udało się zdekodować błędy w rekordowo szybkim czasie, czyli poniżej 480 nanosekund. Nawet według planów osiągnięcie tego poziomu przewidywano na przyszły rok.

Warto tutaj zwrócić uwagę na fakt, iż procesory kwantowe IBM powstają teraz na 300-milimetrowych waflach w nowoczesnej fabryce półprzewodników w Albany. Taki proces technologiczny oznacza nie tylko większą precyzję wykonania, lecz zapewnia także krótszy czas projektowania i testów oraz możliwość rozwijania wielu konstrukcji jednocześnie. IBM twierdzi, że dzięki temu tempo badań podwoiło się, a złożoność układów da się teraz zwiększać dziesięciokrotnie szybciej niż wcześniej.

Wychodzi zatem na to, że wyścig o praktyczne komputery kwantowe wciąż przyspiesza. Jeżeli prognozy IBM się potwierdzą, komputery kwantowe już za kilka lat będą w stanie dosłownie zrewolucjonizować zarówno naukę, jak i wiele branż technologicznych, które dzisiaj wciąż czekają na odpowiednią moc obliczeniową.