Десктоп системата на Quantum Brilliance е истински пробив в квантовите изчисления
(снимка: Quantum Brilliance)
Австралийско-германска компания разработва мощни квантови ускорители с размерите на графични карти. Те работят при стайна температура, надминавайки днешните огромни, крио-охлаждани квантови суперкомпютри – и скоро ще бъдат достатъчно малки, за да се побират дори в мобилни устройства.
За момента свръхпроводящите квантови компютри са огромни и невероятно взискателни машини. Те трябва да бъдат изолирани от всичко, което може да повлияе на спина на електрона и да провали изчисленията, отбелязва NewAtlas. Затова се изгражда мощна механична изолация чрез вакуумни камери, където в пространство от 1-2 кубични метра могат да останат само няколко молекули. Специални метални обвивки пазят квантовите системи от всевъзможни външни електромагнитни сили.
Не по-малко важна е температурата. Всеки атом с температура над абсолютната нула е по дефиниция в състояние на вибрация и всяка температура над 10-15 хилядни от градуса над абсолютната нула влияе на кюбитите до точката, в която те не могат да поддържат „съгласуваност” (кохерентност). Затова повечето съвременни квантови компютри трябва да бъдат „зверски” охлаждани чрез криогенни технологии – сложно оборудване, което прави системите скъпи и трудни за поддържане.
Всичко това означава, че квантовите изчисления не са достъпна, преносима или лесно мащабируема технология. Но една нова австралийска компания казва, че е разработила квантов микропроцесор, който не се нуждае от нито една от въпросните сложности. Всъщност системата работи „щастливо” при стайна температура. В момента тя е с размера на шкаф. Скоро ще бъде с размерите на прилична графична карта, а не след дълго може да стане достатъчно малка, за да се побере в мобилни устройства като смартфоните.
Ако младата компания направи това, което обещава, ще можем да интегрираме предимствата на квантовите изчисления в устройства от почти всякакъв размер, освобождавайки тази мощна нова технология от ограниченията на размера и разходите на суперкомпютрите. Разтърсваща промяна, нали?
Quantum Brilliance е основана през 2019 г. в резултат на изследвания, проведени от нейните основатели в Австралийския национален университет. Там те са разработили техники за производство, мащабиране и контрол на кюбити, вградени в синтетичен диамант.
Само по себе си творението на Quantum Brilliance не е ново – квантовите кюбити на стайна температура съществуват експериментално повече от 20 години. Приносът на австралийската компания е в това как прецизно да се произвеждат тези малки системи, в миниатюризирането и интегрирането на контролните структури, които са нужни за получаване на информация в и извън кюбитите – двете ключови области, които до този момент пречат на квантовите устройствата да станат достъпни.
„Диамантът е много твърд материал”, казва съоснователят на QB и главен оперативен директор Марк Луо. „Той наистина може да запази много от тези свойства – позволявайки на квантовите явления да бъдат по-стабилни в сравнение с други системи, разработвани по света”.
Основното свойство, което се използва в случая, е ядреното въртене, а не въртенето на електрон, обяснява Марк Матингли-Скот, който ще ръководи операциите на компанията в Германия. „Атомът се влияе много по-малко за топлинните вибрации например от електрон, така че по този начин можем да ги пуснем да работят при стайна температура”.
Quantum Brilliance вече е изградила редица „Квантови комплекти за разработка” във вид на шкафове, всеки с около 5 кюбита, с които да се работи, и ги предлага на клиенти с цел сравнителен анализ, интеграция, възможности за съвместно проектиране – и за да позволи на компаниите да започнат да разработват свои собствени системи, които да бъдат практически полезни и изгодни, след като излязат на пазара.
Очаква се така да бъде формиране 50-кюбитова продуктова линия, наречена „Квантов акселератор” – до около 2025 г. „Ние смятаме, че в рамките на десетилетие ще можем да създадем и квантова технология от типа система-върху-чип, предназначена за мобилни устройства”, казва Луо.
„По отношение на комерсиализацията ние имаме суперкомпютърния център Pawsey, който понастоящем е най-големият в Южното полукълбо, съсобственост на CSIRO и някои други университети. Създадохме, по същество, първия австралийски център за квантови иновации за суперкомпютри и програмата Pawsey Pioneer, в която индустрията и изследователските групи могат да използват нашата квантова операционна система”, допълва Луо.
„Изграждаме първата в света диамантена квантова изчислителна система, работеща на стайна температура, в Pawsey, която трябва да е готова през първото тримесечие на 2022 г. – трябваше да я инсталираме този месец, но заради закъсненията заради Covid се забавихме. Планираме да изградим подобна система и в Германия, поради което сме толкова щастливи, че Марк се присъедини към нас, за да ръководи операциите ни в Европа и Германия”, обобщава съоснователят на QB.
Квантовите изчисления ще могат да се интегрират в устройства от почти всякакъв размер
(снимка: Quantum Brilliance)
Но как се справят новите квантови компютри в сравнение с „традиционните” свръхпроводящи квантови компютри? Изключително добре, твърди Матингли-Скот.
„Има един коефициент на полезност, който да приложите към способността на отделните кюбити да бъдат полезни – и това е времето на „съгласуваност”. Свръхпроводящите кюбити обикновено запазват своята кохерентност за може би 100-150 микросекунди. В диамантените системи със стайна температура говорим за цели милисекунди. Това е около хиляда пъти по-продължително време – което означава, че можете да направите много повече”, разказва специалистът.
Но това е една част от уравнението; другата част е процентът на грешките. „Кюбитите по същество имат процент на грешки, дори преди да загубят „съгласуваност” и да се изпаднат в чиста случайност. Степента на грешки, която получаваме с нашата технология, е много, много добра”, допълва той.
Как ще се промени светът при навлизането на новата технология? Очакванията на създателите на системата са първите ѝ приложения да бъдат за решаване задачи, свързани със симулиране на почти всичко с атомна структура, която проявява квантово-механично поведение. Това може да бъде фармакологично разработване на лекарства, разработване на електроди за батерии, генериране на енергия – все области, където новият вид съоръжения биха могли да окажат незабавно въздействие.
Приложение ще има и в математическите операции, които залягат в основата на машинното обучение и изкуствения разум – бързо развиваща се област сама по себе си. Технологията може да намери място в задачи, които включват оптимизация, например опити за намаляване на потреблението на енергия в цяла глобална бизнес-структура на голяма логистична компания.
„Потенциалното въздействие на квантовите изчисления върху бизнеса е, че ще променят коренно почти всичко, което правим, и начина, по който го правим. Ако можете да премахнете изискването за криогенно охлаждане на компютъра, той напълно променя стойността, която ви предлага”, казва Матингли-Скот.
„В нашия петгодишен план да създадем квантов акселератор с размерите на графична карта има много несигурности и неизвестни променливи. Но ние не чакаме никакви вълшебни нови технологии. Знаем как да стигнем до това устройство, просто трябва да запретнем ръкави и да го направим. И да го индустриализираме, да увеличим добивите и капацитета”, заключава Скот.