Kohti modulaarista kvanttitietokonetta

01.02.2025

Xanadu-Aurora-universaali-kvanttitietokone-580.jpgViiden viime vuoden aikana kvanttilaskennan kehitystyössä on tapahtunut suuri muutos. Vaikka eri alustoilla saatavilla oleva laitteisto on edelleen vahvasti juurtunut kohinaiseen keskimittakaavaiseen kvanttiaikakauteen, niin suorituskyvyn ja mittakaavan suhteen ollaan kaukana arvokkaiden sovellusten toteutuksesta

Kiinnostus tällaisten kohinaisten keskikokoisten kvanttikoneiden hyödyntämiseen onkin ollut hiipumassa lähiaikoina. Sen sijaan tutkimus on kääntynyt laitteistojen virheenkorjausta ja vikasietoisuutta tukevaan kehitystyöhön.

Kanadalainen Xanadu on toteuttanut näihin näkemyksiin perustuen uuden Aurora koneen ja tieteellisen tutkimuksen tasolla Modulaarisen fotonisen kvanttitietokoneen skaalauksen ja verkottamisen.

Fotoniikka tarjoaa lupaavan alustan kvanttilaskentaan, koska saatavilla on siruintegraatio massavalmistettaville moduuleille, kuituoptiikka verkkokäytölle ja useimpien komponenttien huonelämpötilaisen käytön.

Tarvitaan kuitenkin kokeellisia demonstraatioita kokonaisista integroiduista järjestelmistä, jotka sisältävät kaikki perustoiminnot yleistä ja vikasietoista toimintaa varten.

Xanadun tutkijat rakensivat vähemmän tehokkaan mittakaavamallin kvanttitietokoneesta käyttämällä 35 fotonisirua sen toimivuuden ja toteutettavuuden osoittamiseksi.

Auroran 35 fotonista sirua on verkotettu yhteen 13 kilometrillä valokuituoptiikkaa, jotka suorittavat kaikki olennaiset toiminnot, joita kattava suunnitelma tarvitsee vikasietoiseen kvanttilaskentaan. Niitä ovat kubitin generointi ja multipleksointi, klusterin tilan synteesi, jossa on sekä ajallinen että spatiaalinen lomittuminen, logiikkaportit ja jopa reaaliaikaiset virheenkorjaus- ja dekoodaustoiminnot, jotka suoritetaan yhdessä kvanttikellojaksossa. Kaikki tämän järjestelmän laskenta tapahtuu neljän tavallisen huoneenlämpöisen palvelintelineen sisällä, jotka ovat täysin automatisoituja ja pystyvät toimimaan tuntikausia ilman ihmisen väliintuloa.

Yhdessä kokeilussa tutkijat käyttivät järjestelmää jatkuvasti kahden tunnin ajan ja seurasivat klusterin tilassa esiintyvää lomittumista yli 86 miljardissa tilassa – suurin määrä, joka on koskaan saavutettu tällaisessa kontekstissa.

Kvanttikorrelaatioita käytettiin myös sen varmistamiseksi, että yhden kellojakson dekoodaustoiminnot toimivat oikein. Tämä jälkimmäinen ominaisuus viittaa kykyyn tehdä kvanttimittauksia, sitten nopeasti (käyttäen klassisia ohjaimia, tässä tapauksessa FPGA:ita) havaita virheet sekä laskea ja toteuttaa korjaavat kvanttiportit seuraavassa kvanttikellojaksossa kertoo Zachary Vernon yhtiön julkaisemassa plogijulkaisussaan.

Tutkimuspäätelmissään tutkijat toteavat kuitenkin, että vaikka Auroran kaltaisten järjestelmien esittelyt auttavat rakentamaan luottamusta kvanttilaskennan fotonisen lähestymistavan skaalautumiseen, nykyisen suorituskyvyn ja vikasietoisuuden välillä on edelleen aukko – kuten kaikissa laitteistoissa.

Vaikka parannuksia tarvitaan kubitin synteesistä ja prosessoinnista vastaavien moduulien siirtämiseksi prototyypeistä massavalmistukseen, tuloksemme osoittavat, että nykypäivän teknologinen tausta fotonisten sirujen valmistuksessa, klassisessa ohjauselektroniikassa ja valokuituverkotuksessa mahdollistaa modularisoinnin ja realistisen fotonisen arkkitehtuurin skaalaaminen vikasietoiseen kvanttilaskentaan.

Aiheesta aiemmin:

Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus

Teollisesti valmistettava kvanttimuisti

Kvanttitietotekniikan maali on jo tähtäimessä

15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla
13.02.2025Atomien avulla parempia metamateriaaleja
13.02.2025Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa
12.02.2025Metamateriaali piin pinnalla vauhdittaa elektroneita
12.02.2025Porttiohjattavilla kaksiulotteisilla TMD:llä spintronisia muisteja
11.02.2025Omavoimainen älyanturi poistaa haavanhoidon kivun
11.02.2025Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita
10.02.2025Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle

Siirry arkistoon »