Hanyuan-2: Ο πρώτος στον κόσμο διπύρηνος κβαντικός υπολογιστής 200 Qubits από την Κίνα

Σύνοψη

• Η κινεζική CAS Cold Atom Technology ανακοίνωσε τον Hanyuan-2, τον πρώτο διπύρηνο (dual-core) κβαντικό υπολογιστή τεχνολογίας ουδέτερων ατόμων.
• Ενσωματώνει 200 qubits συνολικά, συνδυάζοντας 100 άτομα Ρουβιδίου-85 και 100 άτομα Ρουβιδίου-87 σε δύο πλήρως ανεξάρτητες συστοιχίες.
• Ο σχεδιασμός dual-core επιτρέπει την παράλληλη λειτουργία για μέγιστη ταχύτητα ή τη διάταξη «κύριου και βοηθητικού πυρήνα» για τη διόρθωση σφαλμάτων και τη δημιουργία σταθερών λογικών qubits.
• Λειτουργεί σε τυπικό περιβάλλον δωματίου (server room) με κατανάλωση μικρότερη των 7kW, χάρη στη χρήση ενός μικρού συστήματος ψύξης λέιζερ.
• Καταργεί τις κοστοβόρες κρυογονικές υποδομές, μειώνοντας δραστικά τα τεχνικά και οικονομικά εμπόδια εγκατάστασης.

Η εξέλιξη της Κβαντικής Πληροφορικής περνά σε νέα φάση λειτουργικής αποδοτικότητας με την ανακοίνωση του Hanyuan-2 από την κινεζική CAS Cold Atom Technology (εταιρεία με έδρα τη Γουχάν, στην επαρχία Χουμπέι). Το συγκεκριμένο υπολογιστικό σύστημα διαφοροποιείται τεχνολογικά από τις υπάρχουσες λύσεις του ανταγωνισμού, οι οποίες κατά βάση στηρίζονται σε υπεραγώγιμα κυκλώματα, εισάγοντας για πρώτη φορά την αρχιτεκτονική των δύο πυρήνων (dual-core) σε περιβάλλον ουδέτερων ατόμων (neutral atoms). Η εξέλιξη αυτή, σύμφωνα με τις αναφορές της κινεζικής Science and Technology Daily, καταδεικνύει την επιτάχυνση της έρευνας προς την κατεύθυνση της πρακτικής, εμπορικής και ευέλικτης εγκατάστασης κβαντικού υλικού εκτός των αυστηρών εργαστηριακών προτύπων.

Τι είναι ο κβαντικός υπολογιστής Hanyuan-2;

Ο Hanyuan-2 είναι ο πρώτος διπύρηνος κβαντικός υπολογιστής ουδέτερων ατόμων παγκοσμίως, ανεπτυγμένος από την CAS Cold Atom Technology. Ενσωματώνει 200 qubits χρησιμοποιώντας 100 άτομα Ρουβιδίου-85 και 100 άτομα Ρουβιδίου-87. Λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου με κατανάλωση κάτω των 7kW, απαιτώντας αποκλειστικά ένα μικρής κλίμακας σύστημα ψύξης λέιζερ αντί για πολύπλοκες κρυογονικές εγκαταστάσεις.

Η κβαντική πληροφορικής έχει μέχρι σήμερα βασιστεί σε μονοπύρηνες αρχιτεκτονικές. Σε κλασικούς υπολογιστές, τα bits λαμβάνουν την τιμή 0 ή 1. Στους κβαντικούς, το qubit λειτουργεί με την αρχή της κβαντικής υπέρθεσης (superposition), καταλαμβάνοντας και τις δύο καταστάσεις ταυτόχρονα. Το πρόβλημα της κλιμάκωσης προκύπτει επειδή η προσθήκη περισσότερων qubits αυξάνει γεωμετρικά τον θόρυβο και τις παρεμβολές μεταξύ των γειτονικών ατόμων, καταστρέφοντας τους υπολογισμούς.

Ο Ge Guiguo, ειδικός ερευνητής της κατασκευάστριας εταιρείας, εξήγησε ότι ο σχεδιασμός του Hanyuan-2 λύνει αυτό το δομικό πρόβλημα διαχωρίζοντας την επεξεργασία σε δύο ανεξάρτητες και πλήρεις συστοιχίες ατόμων. Αυτή η αρχιτεκτονική προσέγγιση επιτρέπει τη λειτουργία των δύο πυρήνων εντελώς παράλληλα, αυξάνοντας τη συνολική υπολογιστική ταχύτητα για εργασίες που απαιτούν την ταυτόχρονη εκτέλεση διαφορετικών αλγορίθμων.

Εναλλακτικά, το σύστημα μπορεί να παραμετροποιηθεί σε λειτουργία «κύριου και βοηθητικού πυρήνα». Σε αυτό το μοντέλο, ο πρώτος πυρήνας αναλαμβάνει την εκτέλεση του κυρίως αλγορίθμου, ενώ ο δεύτερος δεσμεύεται αμιγώς στη διόρθωση σφαλμάτων. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία εξαιρετικά σταθερών λογικών qubits (logical qubits), μειώνοντας δραστικά το ποσοστό των λανθασμένων υπολογισμών. Η επιλογή χρήσης δύο διαφορετικών ισοτόπων (Ρουβίδιο-85 και Ρουβίδιο-87) συμβάλλει περαιτέρω στη θωράκιση του συστήματος έναντι των φαινομένων εσωτερικής παρεμβολής.

Ενεργειακή αποδοτικότητα και εγκατάσταση σε περιβάλλον γραφείου

Το μεγαλύτερο εμπόδιο για την εμπορική αξιοποίηση και την ευρεία εγκατάσταση των κβαντικών υπολογιστών μέχρι σήμερα ήταν οι απαιτούμενες υποδομές. Τα συστήματα υπεραγώγιμων qubits απαιτούν ογκώδη, εξαιρετικά ακριβά συστήματα αραίωσης ηλίου προκειμένου να διατηρούνται οι επεξεργαστές σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (δευτερεύοντα κλάσματα του Kelvin, συχνά γύρω στα 15 mK). Οποιαδήποτε θερμική διακύμανση από το περιβάλλον καταστρέφει ακαριαία την κβαντική κατάσταση του συστήματος.

Αντίθετα, η τεχνολογία των ουδέτερων ατόμων που ενσωματώνει το Hanyuan-2 απαιτεί αποκλειστικά ένα μικρό σύστημα ψύξης με λέιζερ για τη μείωση της κινητικής ενέργειας των ατόμων. Ολόκληρος ο κβαντικός υπολογιστής στεγάζεται σε ένα τυπικό rack και η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας δεν ξεπερνά τα 7 kilowatts (kW). Για λόγους σύγκρισης, ένα ισχυρό rack με παραδοσιακές GPU της NVIDIA για εκπαίδευση μοντέλων Τεχνητής Νοημοσύνης μπορεί να καταναλώνει πολλαπλάσια ενέργεια. Το νέο αυτό σύστημα μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε συμβατικό data center, μειώνοντας το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO) και εξαφανίζοντας την ανάγκη για ειδικές κατασκευαστικές παρεμβάσεις στους χώρους εγκατάστασης.

Η υπεροχή των ουδέτερων ατόμων (neutral atoms) στο hardware

Οι μηχανικοί κβαντικού hardware επιδεικνύουν αυξανόμενο ενδιαφέρον στην τεχνολογία των ουδέτερων ατόμων (neutral atom computing). Η συγκεκριμένη προσέγγιση προσφέρει εγγενώς ισχυρή κλιμακωσιμότητα επειδή τα άτομα παγιδεύονται και μετακινούνται στον χώρο χρησιμοποιώντας οπτικές λαβίδες. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία πυκνών, τρισδιάστατων διατάξεων που εξοικονομούν χώρο, σε αντίθεση με τα 2D τυπωμένα υπεραγώγιμα κυκλώματα.

Παράλληλα, εξασφαλίζει σημαντικά μεγαλύτερο χρόνο συνοχής, δηλαδή το χρονικό διάστημα κατά το οποίο τα qubits διατηρούν την κβαντική τους κατάσταση σταθερή. Επειδή τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα, αλληλεπιδρούν πολύ λιγότερο με το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον γύρω τους. Η υψηλή ακρίβεια ελέγχου των κβαντικών πυλών μέσω εξειδικευμένων ακτίνων λέιζερ μειώνει το ποσοστό σφαλμάτων κατά τις πολύπλοκες πράξεις εμπλοκής (entanglement) μεταξύ πολλαπλών qubits.

Η άποψη του Techgear

Η λειτουργική ανάπτυξη του Hanyuan-2 φέρνει στο προσκήνιο άμεσες προεκτάσεις για την ευρωπαϊκή και την ελληνική πραγματικότητα στον τομέα των data centers, της έρευνας και της υψηλής τεχνολογίας. Μέχρι σήμερα, το δυσθεώρητο κόστος λειτουργίας και συντήρησης των κρυογονικών κβαντικών συστημάτων ανάγκαζε πανεπιστημιακά ερευνητικά ιδρύματα να περιορίζονται σε θεωρητική έρευνα ή στην απομακρυσμένη εκμίσθωση κβαντικών πόρων μέσω cloud πλατφορμών (π.χ. AWS Braket, IBM Quantum Experience).

Η κατασκευή κβαντικού hardware το οποίο απαιτεί κατανάλωση ρεύματος μικρότερη των 7kW και εγκαθίσταται σε standard rack servers ανοίγει νέες προοπτικές, καθιστώντας ρεαλιστική και οικονομικά βιώσιμη την προμήθεια ενός τοπικού κβαντικού υπολογιστή των 200 qubits εντός των πανεπιστημιακών υποδομών. Με δεδομένες τις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης σχετικά με το ενεργειακό αποτύπωμα των κέντρων δεδομένων, μια συσκευή υπολογιστικής υπεροχής στα 7kW ευθυγραμμίζεται πλήρως με τους στόχους της βιωσιμότητας.

Η απουσία απαιτήσεων για υπερψύξη σημαίνει ότι το λειτουργικό κόστος (OpEx) και το αρχικό κόστος επένδυσης (CapEx) εκλογικεύονται. Σε πρακτικό επίπεδο, ένας system administrator ή μηχανικός συστημάτων δεν θα χρειάζεται εκπαίδευση στην κρυογονική μηχανική ρευστών για τη συντήρηση του συστήματος. Η επίβλεψη επικεντρώνεται στο περιβάλλον του software, τη συντήρηση της οπτικής διάταξης των λέιζερ και την ενσωμάτωση του μηχανήματος δίπλα σε συμβατικούς servers. Το επόμενο στάδιο για τις τοπικές επιχειρήσεις πληροφορικής είναι η δημιουργία υβριδικών τοπικών clusters, όπου τέτοιοι rack-mounted κβαντικοί επεξεργαστές (QPUs) θα επιταχύνουν μεθόδους machine learning, την ανακάλυψη νέων υλικών και τις μελέτες κυβερνοασφάλειας, λειτουργώντας 100% εντός ευρωπαϊκών ή και κρατικών συνόρων με πλήρη έλεγχο των δεδομένων.

*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!