Японія запустила перший у світі повністю функціональний гібридний квантовий суперкомп’ютер. У інституті Рікен у Сайтамі потужний Фугаку об’єднався з Реймеєм, квантовим процесором на 20 кубітів, створивши систему, здатну розв’язувати за години обчислення, які вимагали б років у традиційних суперкомп’ютерів.
Японія запалює майбутнє: перший гібридний квантовий суперкомп’ютер став реальністю
Перш ніж зрозуміти, чому цей суперкомп’ютер такий важливий і чому його інтеграція з процесором є такою ж важливою, слід пояснити що таке квантовий комп’ютер і як він працює. Я спробую пояснити це якомога простіше.
Традиційні комп’ютери (як ваш смартфон або ноутбук) використовують “біти” для обробки інформації. Кожен біт може бути лише 0 або 1, як вимикач, який може бути увімкнений або вимкнений. Квантові комп’ютери натомість використовують “кубіти” (тобто квантові біти).
У чому різниця між ними? Кубіт може бути 0, 1 або обидва одночасно. Цей стан “бути двома речами одночасно” називається суперпозицією і можливий завдяки законам квантової фізики.
Тепер, кубіти можуть бути створені різними способами. Деякі використовують субатомні частинки, такі як електрони або фотони. Інші використовують атоми, охолоджені майже до абсолютного нуля. Важливо, щоб ці системи дотримувалися законів цієї галузі науки, яка залишається загадкою, хоча, можливо, ненадовго.
Ці кубіти надзвичайно делікатні: температура, вібрації або електромагнітні поля можуть легко їх порушити, і незабаром ми побачимо, чому це так важливо. Тому квантові комп’ютери працюють у супер-контрольованих середовищах і при дуже низьких температурах.
Тепер повернемося до нас і до Фугаку.
Звичайні квантові комп’ютери важко працюють автономно через їхню нестабільність, про яку ми щойно говорили. Система Реймеї-Фугаку долає ці обмеження, поєднуючи надійність класичної обробки з унікальними можливостями квантових обчислень.
На відміну від квантових систем, заснованих на надпровідних кубітах, Реймеї використовує захоплені іони – електрично заряджені атоми, підвішені в електромагнітних полях і маніпульовані з точністю лазера. Ця технологія забезпечує більш стабільні кубіти, краще з’єднані між собою, що значно знижує помилки обчислень.
Справжній технічний прорив полягає в системі “ion shuttling”: кубіти фізично переміщуються всередині схеми, дозволяючи виконувати складніші операції. Це трохи схоже на шахову дошку, де фігури не обмежені своїми початковими позиціями, але можуть динамічно переконфігуруватися під час гри.
Але як суперкомп’ютер Фугаку вирішує критичну проблему квантових помилок? Завдяки складній системі корекції, яка групує фізичні кубіти в “логічні кубіти”, розподіляючи інформацію на кілька точок. За даними, він вже зменшив рівень помилок у 800 разів порівняно з традиційними системами.
По суті, замість зберігання інформації в одному фізичному кубіті, система розподіляє інформацію на кілька фізичних кубітів, які разом утворюють “логічний кубіт”.
Метафора для кращого розуміння може бути системою голосування більшістю. Якщо у вас є три людини, які повинні вирішити між “так” (1) і “ні” (0), і двоє кажуть “так”, а один каже “ні”, остаточне рішення буде “так”. Так само, якщо деякі фізичні кубіти всередині логічного кубіта зазнають помилки, інші кубіти “голосують” за збереження правильної інформації.
Сфери, які першими отримають вигоду від цієї технології, безумовно, будуть фізика матеріалів і обчислювальна хімія на передньому плані, з застосуваннями, що охоплюють від розробки нових каталізаторів до проектування більш ефективних батарей.
