Úgy tűnik, a kvantumszámítástechnika területe hetente produkál új áttöréseket, amelyek célja a kvantumalapú megoldások hasznosságának és számítási teljesítményének növelése. A Sky News beszámolója szerint a Sydneyben az Új-Dél-Walesi Egyetem legújabb fejlesztése olyan kvantumrendszereket tesz lehetővé, amelyek több millió qubitet használnak fel.
Az ausztrál kutatók látszólag megoldották a kvantum skálázási problémát. Ez a legújabb fejlesztés olyan kvantumrendszereket tehet lehetővé, amelyek több millió qubitet használnak fel a jelenlegi száz körül mozgó maximum helyett. A több millió qubit hasznosítása pedig igen fontos lépésnek tűnik a kvantumszámítástechnikai piac értékének hosszú távú növelésében. Becslések szerint a kvantumszámítástechnikai szolgáltatások (Quantum Computing as a Service, QCaaS) piaca az évtized végéig 26 milliárd dollárra emelkedik.
A sydneyi kutatók a kvantumskálázási problémát az egyenlet vezérlési oldaláról közelítették meg. Minden olyan automatizált rendszer esetében, amely önálló működésre hivatott, szükség van egy olyan vezérlési mechanizmusra, amely lehetővé teszi a felhasználó számára a bemeneti változók megváltoztatását. Manapság a kvantumszámítástechnikában ez mikrohullámú elektromágneses mezőkön keresztül történik. Lényegében minden egyes qubit mellett a kvantumrendszerekben van egy vezeték, amelyen keresztül elektromos áramot vezetnek. Ez pedig az áram erősségének megfelelően mágneses mezőt hoz létre, amely lehetővé teszi a kvantumszámítógép felhasználója számára, hogy manipulálja a qubit értékét, és hogy a qubit elég stabil maradjon ahhoz, hogy a tőle elvárt tényleges számítást elvégezze.
Ennek a megoldásnak azonban van egy fő problémája, amely megnehezítette a kvantumszámítógépek méretezését. Ez pedig a hő. Az elektromos áramot továbbító vezetékek annál melegebbek lesznek, minél tartósabb vagy intenzívebb az áram. Mivel a mikrohullámú elektromágneses mezőnek kicsi a hatósugara, a tudósoknak lényegében egyetlen vezetéket kellett közvetlenül minden egyes qubit mellett elhelyezniük. El lehet képzelni, hogy mi lenne az eredménye, ha egy ilyen konstrukciót megpróbálnának a milliós tartományba felskálázni. A kvantumcsiphez több millió különböző vezetéket kötni azonban nemcsak túl sok helyet foglalna el, hanem veszélyeztetné a kvantumszámítási erőfeszítések stabilitásának eléréséhez szükséges egyik másik jelenlegi követelményt is: a qubitok jelenleg csak akkor képesek hatékony munkát végezni, és megtartani kvantumállapotukat, ha - 270 Celsius-fok körüli hőmérsékletre hűtik őket. A több vezeték nagyobb energiafogyasztást és nagyobb hőteljesítményt jelent, ami azt jelenti, hogy egyre nehezebb lenne fenntartani ezt a célhőmérsékletet.
A megoldás valójában egyszerű volt. Ahelyett, hogy minden egyes qubitet egyetlen vezetékkel próbáltak volna irányítani, a csapat olyan rendszert próbált tervezni, amely lehetővé teszi, hogy egy elektromágneses mező felülről körülvegye a qubiteket, és amely egyszerre tud hatni mindegyikre. "Először eltávolítottuk a qubitek melletti drótot, majd kitaláltunk egy újszerű módszert arra, hogy mikrohullámú frekvenciájú mágneses vezérlőmezőt juttassunk az egész rendszerbe. Így elvileg akár négymillió qubitnek is tudtunk vezérlőmezőket juttatni" - mondta Dr. Jarryd Pla. a kutatás vezetője. Ezután egy új komponenssel, egy dielektromos rezonátorral egészítették ki a berendezést.
"A dielektromos rezonátor egy milliméter alá zsugorítja a hullámhosszt, így a mikrohullámú energiát nagyon hatékonyan alakíthatjuk át mágneses mezővé, amely az összes qubit spinjét vezérli. Két kulcsfontosságú újítás van itt. Az első az, hogy nem kell sok energiát bevetnünk ahhoz, hogy a qubiteket hajtó erős mezőt kapjunk, ami döntően azt jelenti, hogy nem termelünk sok hőt. A második, hogy a mező nagyon egyenletes az egész chipen, így a qubitek milliói mind ugyanazt a vezérlési szintet tapasztalják" - tette hozzá Pla.
Természetesen a kvantumszámítógépek alapegységének, a qubitnek a skálázása más kihívásokkal is jár. A rendszer irányítása azonban már nem tűnik problémának. Ez fontos lépés a jövőnkben a kvantumszámítógépek tényleges elterjedése felé vezető úton, ami már most is inkább tény, mint fikció. Egy nemrégiben készült jelentés szerint a kvantumszámítás mint szolgáltatás piaca már 2025-ben 4 milliárd dollárra várható, a 2020-as 1 milliárd dollárról. Ez a szám mindössze öt év alatt 6,5-szeresére nőhet, és a várakozások szerint a piac 2030-ra 26 milliárd dollárt fog érni. Ne feledjük, hogy ez a kvantumszámítástechnikának csak egy speciális szelete. A kvantumszámítástechnikai futási időhöz való hozzáférés szolgáltatásként való hozzáférést olyanok cégek forgalmazzák, mint a Microsoft Azure és az Amazon Web Services. A 26 milliárd dolláros értékben nincsenek benne a piacot övező beruházások és kutatásokat, amelyek jelentősen felduzzasztanák az értéket.
