Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa

Honeywell Quantum Solutions kertoo julkaisevansa vuoden 2020 puoliväliin mennessä alan tehokkaimman kvanttitietokoneen.

Teknologian läpimurron ansiosta olemme tiellä, joka vapauttaa kvanttitietokoneen, jonka kvanttivolume (QV) on vähintään 64, mikä on kaksinkertainen määrä teollisuuden seuraavaan vaihtoehtoon verrattuna. IBM:n kvanttikoneen kvanttivoluumi on 32. Yhtiö on julkaissut tieteellisen paperin (arXiv) ja siten osoittaneensa QCCD arkkitehtuurin (quantum charge coupled device) laitteistonsa olevan alan tehokkain.

Honeywell katsoo se olevan tehokkain saatavilla oleva, koska sillä on ainakin kaksinkertainen vaihtoehtojen kvanttivolyymi. Kysessä on metriikka, joka ottaa huomioon kubittien lukumäärän, liitettävyyden ja alhaisen virhetason.

Tiedepaperissa he raportoivat loukutettujen ionien QCCD -arkkitehtuurin kaikkien tarvittavien osasten integroinnista vankkaan, täysin kytkettyyn ja ohjelmoitavaan ansoitettujen ionien kvanttitietokoneesta. Tässä työssä käytettiin vielä kvanttitilavuutta 2 ⁴ = 16. Järjestelmä hyödyntää ¹⁷¹Yb⁺ -ioneja kubiteille ja Honeywellin mikrovalmistettua kryogeenistä pintaloukkua, joka kykenee mielivaltaisiin ionien uudelleenjärjestelyihin ja rinnakkaisiin porttioperaatioihin useiden vyöhykkeiden välillä. Fyysisesti ionit loukutetaan sähkömagneettisilla kentillä ja niitä manipuloidaan ja koodataan laserpulsseilla.

Loukutettujen eli ansoitettujen ionien kubitit voidaan tuottaa yhtenäisillä virheillä, jotka ovat hallittavissa paremmin kuin vaihtoehtoiset kubittitekniikat, joissa ei käytetä atomeja suoraan. Atomeissa kun ei ole valmistusvirheitä, joka on yksi kvanttikoneiden valmistajien suurin murheenkryyni.

Honeywell ilmoitti ensimmäisen kerran kvanttilaskennallisista ominaisuuksistaan vuoden 2018 lopulla, vaikka yritys oli työskennellyt kvanttitietokoneensa teknisten perusteiden parissa kymmenisen vuotta.

Valitun toimintatavan operaatiot vaativat kokemusta useista tieteenaloista, mukaan lukien atomifysiikka, optiikka, kryogeniikka, laserit, magneetti, erittäin korkea tyhjiö ja tarkkuuden hallintajärjestelmät. Honeywellillä on kokemusta näiden tekniikoiden osaamisesta muun muassa teollisuuden ja ilmailun instrumentoinnin parissa.

Vuoden 2019 lopulla Honeywell ja esimerkiksi toinen ioniansoitukseen tukeutuva IonQ ilmoittivat tekevänsä yhteistyötä Microsoftin kanssa tarjotakseen pilvikäyttöä kvanttitietokoneilleen Microsoft Azure Quantum -palveluiden kautta.

Mikä ihmeen QCCD?

Loukutettujen ionien kvanttitietokoneisiin kuuluu tärkeä ominaisuus vahvan liikkuvan kytkennän käyttö kiteessä olevien ionien kesken vuorovaikutuksen välittämiseksi niiden sisäisten (qubit) tilojen välillä.

Vaikka on mahdollista tehdä suurempi kvanttitietokone yksinkertaisesti asettamalla enemmän ioneja yhdelle kiteelle, tämä lähestymistapa ei todennäköisesti ole skaalautuva erittäin suureen määrään kubitteja.

Ponnistelut loukku ioni -kvanttilaskentaan ovat siksi keskittyneet arkkitehtuureihin, jotka skaalaavat käytettyjen ionikiteiden lukumäärää ja käyttävät niitä kvanttikommunikaatioon kiteiden välillä esimerkiksi fotonisten linkkien käytöllä tai ionien fyysisellä kuljetuksella eri kiteiden välillä.

Honeywell käyttää jälkimmäistä lähestymistapaa, jota - alkuperäisen ehdotuksen jälkeen - kutsutaan QCCD (quantum charge coupled device) -arkkitehtuuriksi.

Aiheesta aiemmin: Tehokkain kvanttitietokone yhden atomin kubitilla