Μια διαφορετική και πρωτοποριακή προσέγγιση για την υλοποίηση κβαντικών υπολογιστών!

Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν μια μέρα να κάνουν ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός χάρη σε μια καινοτομία εμπνευσμένη από ένα από τα πιο διάσημα νοητικά πειράματα της σύγχρονης Φυσικής: Τη γάτα του Schrödinger. Η γαλλική εταιρεία Alice & Bob παρουσίασε ένα φιλόδοξο σχέδιο για την κατασκευή, έως το 2030, ενός λειτουργικού κβαντικού υπολογιστή που θα βασίζεται σε έναν ιδιαίτερο τύπο qubit που ονομάζεται «cat qubit».

Η τεχνολογία αυτή είναι εμπνευσμένη από το διάσημο παράδοξο που επινόησε ο αυστριακός φυσικός Erwin Schrödinger, σύμφωνα με το οποίο μια γάτα κλεισμένη σε ένα κουτί με ραδιενεργό υλικό μπορεί να βρίσκεται ταυτόχρονα σε κατάσταση ζωής και θανάτου μέχρι να ανοίξει το ίδιο το κουτί. Ομοίως, το cat qubit εκμεταλλεύεται μια διπλή επικάλυψη των κβαντικών καταστάσεων, διαφέροντας από τα παραδοσιακά qubits που λειτουργούν με μια απλή επικάλυψη μεταξύ 0 και 1.

Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της διαμόρφωσης είναι η σημαντική μείωση των σφαλμάτων bit-flip, δηλαδή των περιπτώσεων όπου ένα qubit μεταβαίνει ξαφνικά από την κατάσταση 0 στην κατάσταση 1 ή αντίστροφα. Επιπλέον, τα cat qubits παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντίσταση στην αποσυγκόλληση, το φαινόμενο κατά το οποίο η περιβαλλοντική παρεμβολή προκαλεί την απώλεια των κβαντικών ιδιοτήτων και, κατά συνέπεια, της αποθηκευμένης πληροφορίας.

Για την επίτευξη του στόχου ενός πραγματικά αξιοποιήσιμου κβαντικού υπολογιστή έως το 2030, οι ερευνητές της Alice & Bob έχουν σκιαγραφήσει ένα χρονοδιάγραμμα που χωρίζεται σε πέντε βασικά ορόσημα. Το πρώτο, που έχει ήδη ολοκληρωθεί, ήταν ακριβώς η ανάπτυξη του cat qubit. Τα επόμενα στάδια περιλαμβάνουν τη δημιουργία ενός λογικού qubit με δυνατότητα διόρθωσης σφαλμάτων, τη δημιουργία της πρώτης λογικής πύλης με διόρθωση σφαλμάτων (ουσιαστικά ένα κβαντικό κύκλωμα), την ανάπτυξη ενός καθολικού συνόλου λογικών πυλών με διόρθωση σε πραγματικό χρόνο και, τέλος, την κατασκευή ενός επεξεργαστή ικανού να διαχειριστεί 100 υψηλής ποιότητας λογικά qubits.

Είναι σημαντικό να τονιστεί η διαφορά μεταξύ φυσικών και λογικών qubits: τα τελευταία είναι στην πραγματικότητα ομάδες φυσικών qubits που μοιράζονται τις ίδιες πληροφορίες για να εξασφαλίσουν τη συνέχεια των υπολογισμών ακόμη και σε περίπτωση βλάβης ενός στοιχείου. Αυτός ο πλεονασμός είναι απαραίτητος επειδή τα qubits έχουν πολύ υψηλότερο ποσοστό σφάλματος από τα κλασικά bits: 1 στα 1.000 έναντι 1 στο εκατομμύριο.

Ωστόσο, η πορεία προς αυτή τη νέα εποχή των κβαντικών υπολογιστών εξακολουθεί να παρουσιάζει αρκετές προκλήσεις. Η μελέτη που δημοσίευσε η Alice & Bob δεν αντιμετωπίζει ρητά το ζήτημα των εντελώς απρόβλεπτων γεγονότων που θα μπορούσαν να επιβραδύνουν ή να θέσουν σε κίνδυνο την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Επιπλέον, ακόμη και αν καταφέρουμε να αναπτύξουμε ένα τσιπ με 100 λογικά qubits, δεν είναι προφανές ότι η τεχνολογία θα είναι εμπορικά βιώσιμη και επεκτάσιμη σε μεγάλη κλίμακα.

Παρά αυτούς τους άγνωστους παράγοντες, η προσέγγιση που βασίζεται στα cat qubit αποτελεί ένα ενδιαφέρον βήμα προς τα εμπρός στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών, ανοίγοντας νέες προοπτικές για την υπέρβαση των σημερινών ορίων των υπολογιστών. Η πρόκληση που έθεσε η Alice & Bob θα μπορούσε να σηματοδοτήσει την έναρξη μιας νέας φάσης στην ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών, με πιθανές επιπτώσεις σε πολυάριθμους τομείς, από την κρυπτογραφία έως τη μοριακή προσομοίωση, και από την Τεχνητή Νοημοσύνη έως τη φαρμακευτική έρευνα.

[via]