Japonia uruchomiła pierwszy na świecie w pełni funkcjonujący hybrydowy superkomputer kwantowy. W instytucie Riken w Saitamie potężny Fugaku połączył się z Reimei, 20-kubitowym procesorem kwantowym, tworząc system zdolny do rozwiązywania w godzinach obliczeń, które tradycyjnym superkomputerom zajęłyby lata.
Japonia uruchamia przyszłość: pierwszy hybrydowy superkomputer kwantowy stał się rzeczywistością
Zanim zobaczymy, dlaczego ten superkomputer jest tak ważny i dlaczego jego integracja z procesorem jest równie istotna, warto wyjaśnić czym jest komputer kwantowy i jak działa. Postaram się to wyjaśnić w jak najprostszy sposób.
Tradycyjne komputery (takie jak twój smartfon lub laptop) używają „bitów” do przetwarzania informacji. Każdy bit może być tylko 0 lub 1, jak przełącznik, który może być włączony lub wyłączony. Komputery kwantowe natomiast używają „kubitów” (czyli bitów kwantowych).
Jaka jest różnica między nimi? Kubit może być 0, 1, lub obydwoma jednocześnie. Ten stan „bycia dwiema rzeczami jednocześnie” nazywa się superpozycją i jest możliwy dzięki prawom fizyki kwantowej.
Teraz, kubity mogą być tworzone na różne sposoby. Niektóre używają cząstek subatomowych, takich jak elektrony lub fotony. Inne używają atomów schłodzonych prawie do zera absolutnego. Ważne jest, aby te systemy przestrzegały praw tej gałęzi nauki, która pozostaje tajemnicą, choć jeszcze przez krótki czas.
Te kubity są niezwykle delikatne: temperatury, wibracje lub pola elektromagnetyczne mogą je łatwo zakłócić i wkrótce zobaczymy, dlaczego to jest tak ważne. Dlatego komputery kwantowe działają w superkontrolowanych środowiskach i w bardzo niskich temperaturach.
Teraz wróćmy do nas i do Fugaku.
Konwencjonalne komputery kwantowe mają trudności z samodzielnym działaniem z powodu ich niestabilności, o których właśnie mówiliśmy. System Reimei-Fugaku pokonuje te ograniczenia, łącząc solidność klasycznego przetwarzania z unikalnymi możliwościami obliczeń kwantowych.
W przeciwieństwie do systemów kwantowych opartych na kubitach nadprzewodnikowych, Reimei wykorzystuje uwięzione jony – atomy naładowane elektrycznie zawieszone w polach elektromagnetycznych i precyzyjnie manipulowane za pomocą lasera. Ta technologia oferuje bardziej stabilne kubity i lepiej połączone ze sobą, co drastycznie zmniejsza błędy obliczeniowe.
Prawdziwy postęp techniczny tkwi w systemie „ion shuttling”: kubity są fizycznie przemieszczane wewnątrz obwodu, co pozwala na bardziej złożone operacje. To trochę jak mieć szachownicę, na której pionki nie są ograniczone do swoich początkowych pozycji, ale mogą dynamicznie się rekonfigurować podczas gry.
A jak superkomputer Fugaku radzi sobie z kluczowym problemem błędów kwantowych? Poprzez zaawansowany system korekcji, który grupuje fizyczne kubity w „kubity logiczne”, rozprowadzając informację na więcej punktów. Dane pokazują, że już zmniejszył wskaźnik błędów 800 razy w porównaniu do tradycyjnych systemów.
W zasadzie, zamiast przechowywać informację w pojedynczym fizycznym kubicie, system rozprowadza informację na więcej fizycznych kubitów, które razem tworzą „kubit logiczny”.
Metafora dla lepszego zrozumienia może być systemem głosowania większościowego. Jeśli masz trzy osoby, które muszą zdecydować między „tak” (1) a „nie” (0), i dwie mówią „tak”, a jedna mówi „nie”, ostateczna decyzja będzie „tak”. W ten sam sposób, jeśli niektóre fizyczne kubity w obrębie kubitu logicznego doświadczą błędu, pozostałe kubity „głosują”, aby utrzymać poprawną informację.
Obszary, które jako pierwsze skorzystają z tej technologii, to z pewnością fizyka materiałów i chemia obliczeniowa na czele, z zastosowaniami obejmującymi rozwój nowych katalizatorów oraz projektowanie bardziej wydajnych baterii.
