Polska firma opracowała kluczowy element dla europejskiego komputera kwantowego
Creotech Instruments dostarczy podsystemy do budowy najnowszej generacji komputerów kwantowych. Ich wzmacniacz zmniejszenia poziom błędów i zajmuje mniej miejsca niż poprzednik.
Zespoły pracujące nad komputerami kwantowymi wrzucają wyższy bieg. Obietnice, jakie niesie ze sobą nowa technologia, pozwalają oczekiwać prawdziwej rewolucji w przyszłości. Komputery kwantowe nie zmienią każdego elementu naszej rzeczywistości, ale zupełnie zmienią paradygmat.
Ich przewaga wynika z fundamentalnej różnicy w obliczeniach. Ich podstawą w tradycyjnych systemach jest bit, który może znajdować się w jednym z dwóch stanów „1” lub „0”. Komputery kwantowe bazują zaś na kubitach, które nie tylko mogą równać się „0” lub „1”, ale również osiągać dowolną proporcję obu wartości – z pewnym prawdopodobieństwem, że jest to zero lub jedynka.
Im więcej kubitów, tym szybszy komputer.
Nad swoimi komputerami pracują IBM, Google i Intel. Każda z tych trzech korporacji osiągnęła już poziom 50 kubitów. Doniesienia z listopada wskazują, że rekord dzierży obecnie IBM z wynikiem 127 kubitów (komputer Rigetti pozostaje w planach).
You will find more infographics at Statista
Amerykanów gonią Europejczycy z unijnego projektu AQTION prowadzonego przez naukowców Uniwersytetu w Innsbrucku. Polskim akcentem w konsorcjum jest udział Creotech Instruments. W zeszłym roku firma z Piaseczna zrealizowała dwa projekty o sumarycznym budżecie przekraczającym 11 mln zł, które zaowocowały wprowadzeniem do oferty produktów dedykowanych komputerom kwantowym. Właśnie z nich korzystają również austriaccy naukowcy.
Opracowaliśmy i wyprodukowaliśmy m.in. Booster HL, który oferuje aż 100-krotnie niższy poziom zniekształceń harmonicznych związanych z precyzją przekazywania sygnału. To przekłada się na lepsze parametry komputera kwantowego, co wpływa na jakość operacji wykonywanych na kubitach
– mówi dr inż. Grzegorz Kasprowicz, Dyrektor ds. Technologii i współzałożyciel Creotech Instruments S.A.
AQTION celuje w budowę 50-kubitowego komputera kwantowego
Polski układ zajmuje też kilka razy mniej miejsca w porównaniu do konkurencyjnych rozwiązań i zużywa też dużo mniej mocy. Cały komputer mieści się w dwóch 19-calowych szafach serwerowych i nie wymaga specjalnie przygotowanego środowiska laboratoryjnego. Do pracy wymaga od kilkuset W do kilkunastu kW mocy.
O wyzwaniach związanych w komputerami kwantowymi rozmawiam z Grzegorzem Kasprowiczem, współzałożycielem Creotech Instruments S.A.
Karol Kopańko, Bizblog.pl: Czy komputery popełniają błędy w swoich obliczeniach.
Dr inż. Grzegorz Kasprowicz, Dyrektor ds. Technologii: Zarówno komputery klasyczne, jak i komputery kwantowe podlegają błędom. Jednak, ze względu na dojrzałość technologii wytwarzania klasycznych procesorów i mniejszą wrażliwość klasycznych bitów na efekty związane z oddziaływaniem z otoczeniem, błędy w działaniu komputerów klasycznych zdarzają się dużo rzadziej, aniżeli w przypadku komputerów kwantowych. Łatwiej jest również te błędy wychwycić i korygować. Kwantowa natura kubitów wymaga zupełnie innej strategii korekcji błędów niż w komputerach klasycznych.
Z czego się te błędy biorą?
W uproszczeniu można podzielić je na błędy wynikające z nieidealnego funkcjonowania systemu kontrolnego oraz błędy wynikające z oddziaływania kubitu z otoczeniem. Te ostatnie, czyli np. przejście pomiędzy poziomami energetycznymi jonu bądź atomu wywołane oddziaływaniem z fotonem, skutkujące zmianą stanu kubitu, zazwyczaj mają charakter losowy.
Można im zapobiegać?
Niektórym tak, na przykład poprzez lepszą izolację kubitu od otoczenia, jak umieszczenie w próżni czy schłodzenie.
A te systemowe błędy – jak powstają?
Wyobraźmy sobie, że system sterowania ma ustawić sygnał o wartości, która odpowiada za realizację bramki kwantowej X, czyli obrotu na sferze Blocha o kąt 180 (czyli p) wokół osi X. Jednak w konsekwencji zniekształceń prądu sterującego polem elektrycznym, wprowadzonych przez element systemu sterowania, kubit nie obróci się o p, ale o wartość np. o 2 proc. mniejszą. W kolejnych krokach algorytmu kwantowego ten błąd zostanie powielony, co prowadzi do poważnego zaburzenia informacji kwantowej, mogącego skutkować błędnym wynikiem obliczenia.
Opracowane przez Creotech Instruments elementy systemu sterowania drastycznie zmniejszają poziom tego typu błędów w porównaniu z dotychczasowym działaniem typowego systemu kontrolnego kubitów. A zmniejszenie prawdopodobieństwa zaistnienia błędów jest kluczowym krokiem w procesie prac nad wdrożeniem algorytmów chroniących działanie procesorów kwantowych przed propagacją błędów. Jest to z kolei niezbędne do osiągnięcia uniwersalnych komputerów kwantowych, które byłyby prawdziwie użyteczne.
Gdzie w takim razie jesteśmy dziś, jeśli chodzi o ich stworzenie?
Jesteśmy na wczesnym etapie, który można porównać do komputera ENIAC (komputer skonstruowany w latach 1943-45, zajmujący powierzchnię 140 metrów kwadratowych-przyp.red.) w ścieżce rozwoju komputerów klasycznych.
Wciąż słyszymy o nich jedynie w kontekście badawczym lub laboratoryjnym.
Gdy projekt AQTION osiągnie zakładane parametry, docelowy 50-kubitowy komputer kwantowy będzie mógł być zamontowany w typowej serwerowni. W najbliższej przyszłości będzie służył celom badawczym.
Obecnie na europejskiej scenie przemysłowej nie ma jeszcze żadnej firmy będącej w stanie komercyjnie i w sposób regularny czy powtarzalny oferować pełne, zintegrowane i odpowiednio zaprogramowane komputery kwantowe. Jednym z celów inicjatywy Quantum Flagship jest wsparcie procesu wyłonienia takich europejskich dostawców, poprzez umożliwienie wybranym podmiotom przemysłowym współudziału w dużych projektach naukowych wspieranych z funduszy unijnych.
Gdzie widzi Pan ich zastosowanie w przyszłości?
To m.in. specjalistyczne obliczenia z zakresu chemii kwantowej, symulacji związków chemicznych np. na potrzeby opracowywania leków, łamanie szyfrów, sztuczna inteligencja, rozwiązywanie problemów optymalizacyjnych. Raczej nie odpalimy na takich komputerach Wiedźmina.
Właśnie, a użytkownicy indywidualni?
Ze względu na duży rozmiar i stopień złożoności oraz na bardzo specyficzny zakres zastosowań, uniwersalne komputery kwantowe zapewne nieprędko trafią do użytkowników indywidualnych. Staną się raczej elementem dużych centrów obliczeniowych (tzw. HPC) i będą udostępniane użytkownikom za pomocą serwisów chmurowych, jak to np. wdraża firma IBM.
A w dalszej przyszłości – za 10 – 20 lat?
Zajmą miejsce zapewne tam, gdzie dzisiaj mamy jednostki GPU czy NPU, wspomagając pracę komputerów klasycznych. Szczególnie technologie rozwijane przez Creotech Instruments (elektronika dla pułapek jonowych, miniaturowe lasery) mają olbrzymi potencjał miniaturyzacji, gdyż nie wymagają do swojej pracy chłodzenia kriogenicznego. Docelowo, po miniaturyzacji systemów sterowania i dopracowaniu kwestii zapobiegania, wykrywania i korekcji błędów, mogą być zminiaturyzowane do poziomu umożliwiającego użycie w smartfonie, o ile oczywiście wtedy będą takowe jeszcze istniały. Dzisiaj już zintegrowana pułapka jonowa z systemem próżniowym jest niewiele większa niż procesor Pentium. Na razie potrafi niewiele, ale demonstruje możliwości miniaturyzacji.
