Laskentaa atomien kanssa

Vuodesta 2022 lähtien kvanttitiekkareiden kisaan on omalla teknisellä konseptillaan osallistunut start-up planqc. Se on Max Planck Institute of Quantum Optics –instituutin spin-off.

Yhtiön ensimmäisten kvanttitietokoneiden odotetaan olevan käytössä vuonna 2027.

Planqc ei kehitä vain uutta teknologiaa vapaasti ohjelmoitavalle kvanttitietokoneelle, vaan myös tarvittavia kvanttialgoritmeja. Tällä hetkellä klassisten tietokoneiden korvaamisen sijaan kvanttitietokoneet voivat täydentää niitä tietyissä tehtävissä. Tällä hetkellä kvanttitietokoneille on kuitenkin olemassa vain muutamia algoritmeja.

Planqc-tietokoneen taustalla oleva tekniikka perustuu kykyyn vangita tiettyjä elementtejä – kuten alkalimetalleja, kuten rubidium ja litium, ja maa-alkalimetalleja, kuten strontium – käyttämällä fiksua laservalon ja magneettikenttien yhdistelmää. Kubitteja ohjataan ja manipuloidaan lasersäteiden avulla.

Planqcin kehittäjätiimi käyttää kubitteina erittäin kylmiä, kaasumaisia ​​atomeja. Ristikkäisistä lasersäteistä kootussa optisessa hilassa atomit asettuvat hilapisteisiin kuin munat munakennoon. Laserien valoa käytetään myös loogisten toimintojen suorittamiseen atomien kanssa. Näiden laskelmien tulokset luetaan optisella anturilla ja siirretään tavanomaiseen elektroniikkaan.

Käytännössä planqc-tiimi rakentaa kvanttitietokonetta, joka toimii apuprosessorina perinteisille supertietokoneille Leibnizin supertietokonekeskuksessa.

Korjausmekanismi on välttämätön kvanttilaskennassa, koska kvantti-informaatio on erittäin herkkä pienimmillekin häiriöille. Se on vakautettava huolellisesti ja tarkistettava virheiden varalta.

Sen vakauttamiseksi strategiana on ryhmitellä useita fyysisiä kubitteja - planqc:ssä niitä ovat atomit - loogisiksi kubiteiksi. Jos fyysisessä kubitissa tapahtuu virhe, kvanttilaskenta voi silti jatkua.

Virheenkorjausta varten otetaan käyttöön apukubitit, jotka toimivat antureina häiriöille – kuten kanarialinnut hiilikaivoksessa.

Niin kauan kuin kvanttilaskenta on käynnissä, loogisia kubitteja ei voida tarkistaa virheiden varalta; muuten laskenta keskeytyy.

Apukubittien virheilmoitusten ansiosta tulos voidaan kuitenkin korjata jälkikäteen. Siksi kvanttitietokone vaatii viime kädessä kymmeniä tuhansia tai jopa miljoonia fyysisiä kubitteja.

Planqc on jo tuomassa teknologiaansa markkinoille: ”Tietenkin kuka tahansa voi ostaa meiltä kvanttitietokoneen”, korostaa pääkehittäjä ja myös planqc:n perustaja Sebastian Blatt. Yritys on kuitenkin vielä kaukana massatuotannosta, osittain siksi, että jokaista tietokonetta kehitetään ja jalostetaan edelleen erikseen. "Heti kun olemme rakentaneet tietokoneen, jota asiakkaat haluavat suuria määriä", sanoo Sebastian Blatt, "planqc ottaisi tietysti myös askeleen kohti massatuotantoa."

Aiheesta aiemmin:

Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla

Kubitteja keinoatomeista