Kvanttitietokoneet tehostuvat

Kvanttilaskennan yksi vakavimmista haastajista, IonQ on julkaissut uuden sukupolven kvanttitietojärjestelmän.

Heidän uudessa laitteistossa on 32 täydellistä kubittia, joilla on niin pienet porttivirheet, joka antaa sen odotettavissa olevaksi kyvykkyyttä kuvaavaksi kvanttitilavuudeksi (QV), arvon, joka on yli 4 000 000.

Uusi järjestelmä koostuu täydellisistä atomikellokubiteista ja satunnaispääsyn all-to-one -porttitoimintoiminnoista sovellusten tehokkaan ohjelmistokokoelman tekemiseksi. Se on alkuun käytettävissä yksityisen beta-version kautta ja sitten kaupallisesti saatavilla Amazon Braketissa ja Microsoftin Azure Quantumissa.

"Yhden laitteistosukupolven aikana vaihdoimme 11:sta 32 kubittiin ja mikä tärkeintä, paransimme kaikkien 32 kubitin käytön edellyttämää toistotarkkuutta", sanoo IonQin toimitusjohtaja Peter Chapman. "Sovelluksesta riippuen asiakkaat tarvitsevat 80 - 150 erittäin tarkkaa kubittia ja logiikkaportteja saadakseen kvanttiedun. Tavoitteenamme on kaksinkertaistaa tai enemmänkin kubittien määrää joka vuosi. Kahden uuden sukupolven laitteistot ovat jo työn alla.

"Uusi käyttöön ottamamme järjestelmä pystyy tekemään asioita, joita mikään muu kvanttitietokone ei ole onnistunut saavuttamaan, ja mikä tärkeintä, tiedämme, miten voimme edelleen tehdä näistä järjestelmistä paljon tehokkaampia jatkossakin," kertoo IonQ:n perustaja ja tutkija Chris Monroe.

Klassiset tietokoneet voivat nykyään simuloida 40 tai 50 kubitin kvanttialgoritmeja ihan hyvin, joten 32 kubittiakin on vielä välivaihe. Virheiden korjaus tai oikeastaan sietäminen on kvanttitietokoneiden skaalaamiseen akilleen kantapää.

Monroe jatkaa "uudella IonQ-järjestelmällämme odotamme pystyvämme koodaamaan useita kubitteja virheitä sietäen. Tämä koodaus vaatii vain 13 kubittia melkein täydellisen loogisen kubitin luomiseksi, kun taas muissa laitteistoarkkitehtuureissa sen arvioidaan vaativan yli 100 000 kubittia.

IonQ:n kubittirekisteri koostuu loukkuun jääneiden 171Yb + -ionien ketjusta, joka on rajattu alueellisesti lähelle mikrovalmistettujen pintaelektrodien ansaa.

IonQ:n mukaan mikrovalmistetut ansat mahdollistavat paremman laajennettavuuden kuin perinteinen makroskooppinen ansa. Mikrovalmistuksella on erittäin toistettava luonne ja tällaisissa pinta-ansoissa on paljon enemmän ohjauselektrodeja, mikä mahdollistaa ansoituspotentiaalin hienojakoisen hallinnan.

Myös Honeywell kertoo saavuttaneensa kvanttitietokoneelle uuden kvanttitilavuuden. Syyskuun lopulla järjestelmä läpäisi onnistuneesti Quantum Volume (QV) 128 -testin. Keskimääräinen yhden kubitin tarkkuus on 99,97 % ja keskimääräinen kaksikubittisen portin toistotarkkuus 99,54 % täysin kytkettyjen kubittien kanssa.

Honeywellin tekniikka perustuu myös 171Yb+ -ionien ansoitukseen mikrovalmistettuun pintaloukkuun. Uuteen järjestelmään pääsee Honeywellin tai Microsoft Azure Quantumin kautta. Järjestelmä tarjoaa erittäin tarkkoja, täysin kytkettyjä kubitteja ja siinä on ainutlaatuinen keskipiirin mittausominaisuus, jonka avulla käyttäjät voivat tutkia uusia algoritmiluokkia vähentäen näin huomattavasti tiettyjen algoritmien edellyttämiä kubittien määrää.

Syyskuussa IBM julkaisi 65-kubittisen IBM Quantum Hummingbird -prosessorin IBM Q -verkkonsa jäsenille. Ensi vuonna IBM:llä on tarkoitus esitellä 127-kubitin IBM Quantum Eagle -prosessori ja hyödyntää siinä heksagonaalista kubittien järjestelyä ja yhtiön uusinta virheenkorjauskoodia.

Edelleen tavoitteena on 433-kubitin IBM Quantum Osprey -järjestelmän julkaiseminen vuonna 2022. Vuonna 2023 on tarkoitus julkaista 1121-kubittinen IBM Quantum Condor -prosessori.

Yhtiön mukaan Condor on virstanpylväs, joka merkitsee kykyä toteuttaa virheiden korjaus ja laajentaa laitteitamme samalla kun se on riittävän monitahoinen tutkimaan mahdollisia kvanttiylivoiman etuja.

Nyt myös D-Wave on ilmoittanut odotetun 5000+ -kubittisen Advantage Quantum Annealerin päivityksen yleisen saatavuuden (GA). Samalla päivitys Hybrid Solver -ohjelmistoon tuo kyvyn käsitellä miljoonaa muuttujaa kun edeltäjä kykeni kymmeneen tuhanteen. Uusi Diskreetin kvadraattimallin (DQM) ratkaisija voi käyttää joukkoa objekteja binäärimuuttujien sijaan.

Aiemman 2000 -kubittisen koneen jokaista kubittia saattoi yhdistää kuuteen muuhun kubittiin. Uuden tekniikan 5000 kubittia voidaan yhdistää 15 muuhun kubittiin.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkain kvanttitietokone yhden atomin kubitilla

Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa

Kvanttitietotekniikkaa kesäkaudelta

Kvanttitietokoneet töihin