Az IBM előrejelzése szerint új kvantumchipje lehetővé teszi, hogy a kvantumrendszerek a következő két éven belül bizonyos feladatokban elkezdjék felülmúlni a klasszikus számítógépeket.
A cég közölte, hogy az "Eagle" nevű kvantumchipje 127 qubitet tartalmaz (a klasszikus számítógépek olyan 'bitekkel' dolgoznak, amelyeknek értéke vagy 1 vagy 0, de a qubitek egyszerre vehetnek fel 1 és 0 értéket is). Az IBM Eagle processzora mérföldkő az nagyméretű kvantumszámítógépek kifejlesztésére tett erőfeszítések között. Ez a vállalat első olyan chipje, amelynek több mint 100 qubitje van. Az IBM szerint az Eagle magas qubitszámának köszönhetően az első olyan kvantumprocesszor is, amely túl fejlett ahhoz, hogy klasszikus szuperszámítógépen lehessen szimulálni.
A qubiteket azonban rendkívül nehéz megépíteni. De z IBM az elmúlt években folyamatosan újabb qubitekkel bővítette kvantumprocesszorait, hogy közelebb kerüljön annak határához, ahonnan már a technológia gyakorlati alkalmazásokra is alkalmas. Az IBM korai Canary kvantumchipjei öt qubittel indultak. Ezeket követte a 27 qubites Falcon sorozat és a tavaly debütált Hummingbird processzor, 65 qubittel.
Az IBM szerint azonban az Eagle chip építése során elsajátított új technikákkal végül még több qubitet fognak majd előállítani, ha ezeket a kvantumszámítógép hűtési és vezérlési rendszerében elért más fejlesztésekkel kombinálják. A Big Blue közölte, hogy 2022-re tervez egy "Osprey" kódnevű chipet 433 qubittel és egy "Condor" kódnevűt 1121 qubittel.
Az Eagle az úgynevezett nehéz hatszögletű kvantumchip kialakításon alapul, amelyet az IBM először tavaly ismertetett. A dizájnt azzal a céllal hozták létre, hogy csökkentsék a qubithibákat, amelyek a nagyszabású kvantumszámítógépek egyik legnagyobb akadályát jelentik.
EXCLUSIVE: IBM has created the world's most powerful computer after achieving a quantum computing breakthrough, CEO @ArvindKrishna tells @inafried.
— Axios (@axios) November 14, 2021
"We are announcing a quantum computer with over 100 qubits. This is a first." #AxiosOnHBO pic.twitter.com/7ADqhY2eYt
Egy kvantumchipben a qubitek együtt dolgoznak a számítások elvégzésében. A qubiteket speciális kapcsolatok fűzik össze, hogy a feldolgozási célú információcserét lehetővé tegyék számukra. A qubitek összekapcsolása elengedhetetlen a számítások megkönnyítéséhez, de egyben kihívást is jelent. Az összekapcsolt qubitek zavarják egymást, ami olyan hibákhoz vezet, amelyek pontatlanná tehetik a számítási eredményeket.
Az IBM által az Eagle-ben megvalósított nehéz hatszögletű kialakítás csökkenti a hibaarányt. Az Eagle-t úgy tervezték, hogy a chip minden egyes qubitje több más szomszédos qubittal van összekapcsolva a közös számítások megkönnyítése érdekében. A szomszédos qubitek között azonban kevesebb kapcsolat van, mint az IBM korábbi kvantumchip-architektúráiban. Ez a részlet segít a hibák csökkentésében. Mivel az összekapcsolt qubitek interferálnak egymással, a kapcsolatok számának csökkentése csökkenti az interferenciát, ami kevesebb számítási hibát eredményez. Ugyanakkor az Eagle-ben lévő qubitek továbbra is megőrzik az adatcsere képességét - írja a SiliconAngle.
Az Eagle másik újítása a kiolvasási multiplexelésnek nevezett technológia. Az IBM korábbi generációs kvantumprocesszoraiban minden egyes qubithez egy külön elektronikai alkatrészcsoportot telepítettek, amely az adatok qubitre írásáért és a számítások eredményeinek kiolvasásáért volt felelős. Az IBM szerint az Eagle-ben alkalmazott kiolvasási multiplexelés csökkenti az adatok ki- és beírásához szükséges elektronika mennyiségét.
Az Eagle és az IBM más kvantumchipjei sem hagyományos szerverekben, hanem egy nagy teljesítményű ipari hűtőszekrényben futnak. A kvantumchipnek otthont adó hűtőszekrény egy nagyobb alváz részét képezi, amely számos más kiegészítő alkatrészt is tartalmaz. A kvantumchip, a hűtőszekrény és az alvázban található különböző kiegészítő komponensek együtt alkotják a kvantumszámítógépet.
Az Eagle mellett az IBM bemutatta kvantumszámítógép-design-jának következő fokozatát, a Quantum System Two előzetes verzióját is. A vállalat közölte, hogy a konstrukció nemcsak az Eagle, hanem a 2023-ban bevezetni tervezett, több mint 1000 qubites chip befogadására is alkalmas lesz. A rendszer lehetővé teszi majd több kvantumchip együttes használatát is. Az IBM úgy tervezi, hogy a hűtéséhez használt kriogén alkatrészek helykihasználásának optimalizálásával több kvantumchip számára is helyet ad az alvázban.
A vállalat szerint 2023-ra már közel jutnak az úgynevezett "kvantumelőny" eléréséhez, vagyis ahhoz a ponthoz, amikor a kvantumszámítógépek képesek lesznek legyőzni a klasszikus komputereket. Darío Gil, az IBM kutatási részlegének vezetője szerint ez nem jelenti, hogy a kvantumszámítógépek egycsapásra megelőzik a hagyományosakat. Ehelyett az IBM egy olyan világot képzel el, ahol egy számítástechnikai alkalmazás egyes részei hagyományos chipeken, egyes részei pedig kvantumchipeken futnak, attól függően, hogy az adott feladatokhoz mi a legmegfelelőbb. "Úgy gondoljuk, hogy a következő néhány évben képesek leszünk a kvantumelőny demonstrálására, olyasmire, aminek gyakorlati haszna lehet. Ez a mi törekvésünk" - mondta Gil a Reuters jelentése szerint.
