Μια σημαντική τεχνολογική εξέλιξη έρχεται από την Ανατολή, καθώς ερευνητές στην Κίνα ανακοίνωσαν ένα κρίσιμο βήμα προς τη δημιουργία πρακτικών και επεκτάσιμων κβαντικών υπολογιστών. Η ομάδα του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC), υπό την καθοδήγηση του φυσικού Pan Jianwei, πέτυχε κάτι που μέχρι πρότινος φάνταζε εξαιρετικά δύσκολο: τον έλεγχο των ευαίσθητων κβαντικών bits (qubits) χρησιμοποιώντας αποκλειστικά μικροκύματα, παρακάμπτοντας έτσι έναν από τους μεγαλύτερους υλικοτεχνικούς «πονοκεφάλους» της βιομηχανίας.
Η νέα αυτή αρχιτεκτονική, η οποία εφαρμόστηκε στον κβαντικό επεξεργαστή «Zuchongzhi 3.2», δεν αποτελεί απλώς μια εργαστηριακή επιτυχία αλλά μια στρατηγική απάντηση στις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν γίγαντες όπως η Google και η IBM.
Ένα σημαντικό πρόβλημα των Κβαντικών Υπολογιστών
Για να κατανοήσουμε τη σημασία της ανακάλυψης, πρέπει να κοιτάξουμε το βασικό πρόβλημα των σύγχρονων κβαντικών συστημάτων: την πολυπλοκότητα της καλωδίωσης. Οι υπεραγώγιμοι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Κάθε qubit χρειάζεται τη δική του γραμμή ελέγχου για να λειτουργήσει, κάτι που μεταφράζεται σε έναν λαβύρινθο καλωδίων. Όσο αυξάνεται ο αριθμός των qubits, τόσο αυξάνεται η θερμότητα που μεταφέρεται στον ψυχρό πυρήνα του συστήματος, απειλώντας την ακεραιότητα των υπολογισμών.
Μέχρι σήμερα, η προσέγγιση που κυριαρχούσε – και την οποία χρησιμοποιεί κατά κόρον η Google με τον επεξεργαστή Sycamore – βασιζόταν σε βαριά υλικοτεχνική υποδομή με πολλές γραμμές ελέγχου για τη ρύθμιση των qubits. Αυτή η μέθοδος, αν και αποτελεσματική σε μικρή κλίμακα, δημιουργεί «κυκλοφοριακό κομφούζιο» και θερμικό φορτίο όταν προσπαθούμε να κλιμακώσουμε το σύστημα σε χιλιάδες ή εκατομμύρια qubits.
Η λύση των μικροκυμάτων: Λιγότερα καλώδια, περισσότερη ακρίβεια
Εδώ έρχεται η καινοτομία της κινεζικής ομάδας. Αντί να προσθέσουν περισσότερα καλώδια, ανέπτυξαν μια μέθοδο «ελέγχου αποκλειστικά μέσω μικροκυμάτων». Σκεφτείτε το σαν τη διαφορά μεταξύ του να έχετε ένα ξεχωριστό καλώδιο για κάθε λάμπα σε ένα σπίτι, έναντι του να τις ελέγχετε όλες ασύρματα μέσω ενός έξυπνου σήματος.
Στη δημοσίευσή τους στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, οι ερευνητές εξήγησαν πώς χρησιμοποίησαν παλμούς μικροκυμάτων για να καταστείλουν τα σφάλματα διαρροής, ένα φαινόμενο όπου το qubit «δραπετεύει» από τις επιτρεπτές ενεργειακές του καταστάσεις, αχρηστεύοντας τον υπολογισμό.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: ο επεξεργαστής Zuchongzhi 3.2 κατάφερε να μειώσει τα σφάλματα κάτω από το λεγόμενο «κατώφλι ανοχής σφαλμάτων». Αυτό σημαίνει ότι για πρώτη φορά, μια ερευνητική ομάδα εκτός των ΗΠΑ (και συγκεκριμένα εκτός της Google) καταφέρνει να διορθώνει τα σφάλματα γρηγορότερα από ό,τι αυτά δημιουργούνται, χρησιμοποιώντας όμως μια αρχιτεκτονική που είναι πολύ πιο φιλική προς τη μαζική παραγωγή.
Γιατί αυτό ενδιαφέρει τη βιομηχανία;
Η αφαίρεση των περίπλοκων γραμμών ελέγχου και η αντικατάστασή τους με σήματα μικροκυμάτων που μπορούν να μεταδοθούν μέσω κοινών γραμμών (multiplexing), ανοίγει τον δρόμο για τη σμίκρυνση των τσιπ. Λιγότερη καλωδίωση σημαίνει λιγότερη θερμότητα, απλούστερη κατασκευή και, κυρίως, δυνατότητα τοποθέτησης περισσότερων qubits στο ίδιο τσιπ χωρίς να «λιώσει» το σύστημα ψύξης.
Η τεχνική αυτή δείχνει ότι η Κίνα δεν ακολουθεί απλώς τις εξελίξεις, αλλά χαράζει δικά της μονοπάτια. Ενώ η Google προηγήθηκε στην επίδειξη της κβαντικής υπεροχής, η μέθοδος του USTC προσφέρει μια εναλλακτική που ίσως αποδειχθεί πιο βιώσιμη μακροπρόθεσμα για την κατασκευή υπολογιστών μεγάλης κλίμακας.
Το επόμενο νήμα στην κβαντική κούρσα
Η επιτυχία αυτή δεν είναι μεμονωμένη. Έρχεται να προστεθεί σε μια σειρά από κινήσεις της Κίνας στον τομέα, όπως η ανάπτυξη εγχώριων συστημάτων ψύξης και η κατασκευή εξειδικευμένων μονάδων διασύνδεσης.
Με την τεχνολογία των μικροκυμάτων, ο «κβαντικός θόρυβος» μειώνεται και η καθαρότητα των υπολογισμών αυξάνεται. Αν και απέχουμε ακόμα χρόνια από τον υπολογιστή που θα σπάει κρυπτογραφήσεις σε δευτερόλεπτα, η αλλαγή του τρόπου ελέγχου των qubits από φυσικά καλώδια σε κύματα ενέργειας δείχνει πως οι λύσεις μπορεί να βρίσκονται στην απλοποίηση και όχι στην πολυπλοκότητα.
