Ένα σημαντικό βήμα στην παγκόσμια κούρσα για την κατασκευή ισχυρότερων κβαντικών υπολογιστών ανακοίνωσαν ερευνητές με την παρουσίαση του Helios, ενός συστήματος που διαφέρει αισθητά από τις περισσότερα σημερινά κβαντικά μηχανήματα.
Με 98 κβαντικά bits, ή qubits, πρόκειται για τον μεγαλύτερο κβαντικό υπολογιστή παγιδευμένων ιόντων που έχει κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, αναφέρει το Phys.org. Το qubit είναι μια μονάδα κβαντικής πληροφορίας που είναι συγκρίσιμη με ένα bit σε έναν κλασικό υπολογιστή, αλλά με την απίστευτη ικανότητα να αναπαριστά έναν πολύπλοκο συνδυασμό του 0 και του 1 ταυτόχρονα.
Το Helios αναπτύχθηκε από την Quantinuum, εταιρεία με έδρα το Κέιμπριτζ της Βρετανίας και το Μπρούμφιλντ του Κολοράντο. Η εταιρεία είχε παρουσιάσει συστήματα 32 qubits το 2023 και 56 qubits το 2025, αυξάνοντας τώρα σημαντικά την κλίμακα της τεχνολογίας της.
Η διαφορά του Helios
Σε αντίθεση με κβαντικούς υπολογιστές που βασίζονται, για παράδειγμα, σε υπεραγώγιμα κυκλώματα, το Helios χρησιμοποιεί ηλεκτρικά φορτισμένα άτομα – ιόντα – τα οποία συγκρατούνται σε ελεύθερο χώρο με ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τα ιόντα μετακινούνται φυσικά μέσα στο σύστημα ανάλογα με το αν πρέπει να αποθηκεύσουν ή να επεξεργαστούν κβαντικές πληροφορίες.
Η αρχιτεκτονική αυτή ονομάζεται QCCD (quantum charge-coupled device) και θυμίζει, ως προς τη βασική λογική της, έναν συμβατικό υπολογιστή όπου η αποθήκευση δεδομένων και η επεξεργασία γίνονται σε διαφορετικά τμήματα. Το Helios έχει μια χαρακτηριστική διάταξη που μοιάζει με ροζέτα: έναν δακτύλιο αποθήκευσης και δύο διαδρομές επεξεργασίας, οι οποίες διασταυρώνονται.
Η συγκεκριμένη διασταύρωση αποτελεί μία από τις σημαντικότερες τεχνολογικές καινοτομίες του συστήματος. Επιτρέπει τη μεταφορά πολλών ομάδων ιόντων ταυτόχρονα προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Οι προηγούμενοι υπολογιστές QCCD μπορούσαν ουσιαστικά να μετακινούν τα δεδομένα πάνω σε μία γραμμή ή έναν βρόχο, περιορίζοντας την ταχύτητα και την ευελιξία τους.
Λιγότερα λάθη, μεγαλύτερη ευελιξία
Η επεξεργασία των πληροφοριών γίνεται με παλμούς λέιζερ. Η δυνατότητα μετακίνησης των qubits προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα. Καταρχάς, οι κβαντικές πράξεις πάνω σε συγκεκριμένα qubits επηρεάζουν λιγότερο τα γειτονικά τους, περιορίζοντας το λεγόμενο crosstalk, μία σημαντική πηγή σφαλμάτων στους κβαντικούς υπολογιστές.
Παράλληλα, τα qubits μπορούν να μετρώνται και να επαναφέρονται κατά τη διάρκεια ενός υπολογισμού. Έτσι, ορισμένα σφάλματα είναι δυνατόν να εντοπίζονται και να διορθώνονται εγκαίρως. Επιπλέον, qubits που βρίσκονται αρχικά σε μακρινά σημεία της μνήμης μπορούν να μεταφερθούν κοντά μεταξύ τους για να αλληλεπιδράσουν.
Ο επεξεργαστής του Helios
Quantinuum
Ταυτόχρονα, το νέο λογισμικό ελέγχου Helios runtime, υπολογίζει την αποτελεσματικότερη διαδρομή για τη μεταφορά και την επεξεργασία των δεδομένων. Ο συνδυασμός της νέας γεωμετρίας με το έξυπνο λογισμικό επιτρέπει στο σύστημα να εκτελεί πολύ πιο σύνθετες διαδικασίες.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το Helios έχει ήδη πραγματοποιήσει υπολογισμούς οι οποίοι, με τις γνωστές σήμερα μεθόδους, θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να εκτελεστούν ακόμη και στους ισχυρότερους συμβατικούς υπερυπολογιστές μέσα σε λογικά όρια χρόνου και κατανάλωσης ενέργειας.
Ο δρόμος προς το ένα εκατομμύριο qubits
Αυτό, ωστόσο, δεν σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι έτοιμοι να αντικαταστήσουν τα σημερινά συστήματα. Οι δοκιμές του Helios ήταν κυρίως τυχαία benchmarks, σχεδιασμένα για να αποδείξουν τις δυνατότητες του μηχανήματος και όχι για να λύσουν κάποιο άμεσα χρήσιμο επιστημονικό ή εμπορικό πρόβλημα.
Ακόμη και οι πιο αισιόδοξες εκτιμήσεις θεωρούν ότι για πραγματικά χρήσιμους, ανεκτικούς στα σφάλματα κβαντικούς υπολογιστές θα χρειαστούν συστήματα της τάξης του ενός εκατομμυρίου qubits. Για σύγκριση, η μεγαλύτερη διαδικασία που εκτέλεσε το Helios περιλάμβανε περίπου 4.000 πράξεις πάνω σε 98 qubits, ενώ η βρετανική εθνική στρατηγική για τις κβαντικές τεχνολογίες θέτει ως στόχο συστήματα ικανά να πραγματοποιούν ένα τρισεκατομμύριο πράξεις.
Η κλιμάκωση της τεχνολογίας παραμένει εξαιρετικά δύσκολη. Μελλοντικές συσκευές μπορεί να θυμίζουν ένα δίκτυο δρόμων με χιλιάδες διασταυρώσεις, όπου τα qubits θα πρέπει να κινούνται χωρίς να δημιουργούνται «μποτιλιαρίσματα». Και η ίδια η φυσική μεταφορά των ιόντων είναι σχετικά αργή, επειδή απαιτεί εξαιρετικά ακριβή έλεγχο των ηλεκτρικών τάσεων.
Παρά τα εμπόδια, το Helios δείχνει μία πιθανή κατεύθυνση για το μέλλον: κβαντικό υλικό υψηλής ακρίβειας που συνεργάζεται στενά με εξελιγμένο λογισμικό, προκειμένου να διαχειριστεί ολοένα μεγαλύτερα και πιο περίπλοκα συστήματα.