Japonija įjungė pirmąjį pasaulyje pilnai veikiantį kvantinį hibridinį superkompiuterį. Riken institute Saitamoje galingasis Fugaku susijungė su Reimei, 20 kubitų kvantiniu procesoriumi, sukurdami sistemą, galinčią išspręsti per valandas skaičiavimus, kuriems tradiciniams superkompiuteriams prireiktų metų.
Japonija įjungia ateitį: pirmasis kvantinis hibridinis superkompiuteris tampa realybe
Prieš paaiškinant, kodėl šis superkompiuteris yra toks svarbus ir kodėl jo integracija su procesoriumi yra ne mažiau svarbi, būtina paaiškinti, kas yra kvantinis kompiuteris ir kaip jis veikia. Stengsiuosi tai paaiškinti kuo paprasčiau.
Tradiciniai kompiuteriai (kaip jūsų išmanusis telefonas ar nešiojamas kompiuteris) naudoja „bitus” informacijai apdoroti. Kiekvienas bitas gali būti tik 0 arba 1, kaip jungiklis, kuris gali būti įjungtas arba išjungtas. Kvantiniai kompiuteriai naudoja „kubitą” (tai yra kvantinį bitą).
Kuo skiriasi šie du? Kubitas gali būti 0, 1 arba abu vienu metu. Ši būsena, kai „būna dviem dalykais vienu metu”, vadinama superpozicija ir yra įmanoma dėl kvantinės fizikos dėsnių.
Dabar kubitai gali būti sukurti įvairiais būdais. Kai kurie naudoja subatomines daleles, tokias kaip elektronai ar fotonai. Kiti naudoja atomus, atšaldytus beveik iki absoliutaus nulio. Svarbu, kad šios sistemos laikytųsi šios mokslo šakos dėsnių, kurie vis dar lieka paslaptimi, nors galbūt nebeilgai.
Šie kubitai yra itin jautrūs: temperatūra, vibracijos ar elektromagnetiniai laukai gali juos lengvai sutrikdyti, ir netrukus pamatysime, kodėl tai yra labai svarbu. Todėl kvantiniai kompiuteriai veikia itin kontroliuojamoje aplinkoje ir labai žemoje temperatūroje.
Dabar grįžkime prie mūsų ir Fugaku.
Tradiciniai kvantiniai kompiuteriai sunkiai veikia savarankiškai dėl jų nestabilumo, apie kurį ką tik kalbėjome. Reimei-Fugaku sistema įveikia šiuos apribojimus, derindama klasikinio apdorojimo tvirtumą su unikaliomis kvantinio skaičiavimo galimybėmis.
Skirtingai nuo kvantinių sistemų, pagrįstų superlaidžiais kubitais, Reimei naudoja įstrigusius jonus – elektriškai įkrautus atomus, suspenduotus elektromagnetiniuose laukuose ir manipuliuojamus lazerio tikslumu. Ši technologija siūlo stabilesnius ir geriau tarpusavyje sujungtus kubitus, drastiškai sumažindama skaičiavimo klaidas.
Tikrasis techninis progresas slypi „jonų pervežimo” sistemoje: kubitai fiziškai perkelti grandinės viduje, leidžiant atlikti sudėtingesnes operacijas. Tai šiek tiek primena šachmatų lentą, kurioje figūros nėra pririštos prie savo pradinės pozicijos, bet gali daugkartinai persikonfigūruoti žaidimo metu.
Bet kaip superkompiuteris Fugaku sprendžia esminę kvantinių klaidų problemą? Naudodamas sudėtingą korekcijos sistemą, kuri grupuoja fizinius kubitus į „loginius kubitus”, paskirstydama informaciją per kelis taškus. Remiantis duomenimis, jis jau sumažino klaidų dažnį 800 kartų lyginant su tradicinėmis sistemomis.
Iš esmės, vietoj to, kad informacija būtų saugoma viename fiziniame kubite, sistema paskirsto informaciją per kelis fizinius kubitus, kurie kartu sudaro „loginį kubitą”.
Gera metafora tam suprasti galėtų būti daugumos balsavimo sistema. Jei turite tris žmones, kurie turi nuspręsti tarp „taip” (1) ir „ne” (0), ir du sako „taip”, o vienas sako „ne”, galutinis sprendimas bus „taip”. Panašiai, jei kai kurie fiziniai kubitai loginio kubito viduje patiria klaidą, kiti kubitai „balsuoja”, kad išlaikytų teisingą informaciją.
Pirmieji šios technologijos naudos gavėjai neabejotinai bus medžiagų fizika ir kompiuterinė chemija, su taikymu, apimančiu nuo naujų katalizatorių kūrimo iki efektyvesnių baterijų projektavimo.
