Пробивите в квантовите изчисления привличат инвестициите обратно в сектора

Нова вълна на доверие — и капитал — залива индустрията на квантовите изчисления.

Правителствата на Австралия и щата Куинсланд тази седмица се ангажираха 940 милиона австралийски долара (620 милиона щатски долара) между тях, за да подкрепят изграждането на пълномащабен квантов компютър близо до Бризбейн от американската стартираща компания PSI Quantum. Сделката беше само последният знак, че една десетилетна мечта за нова форма на компютри, която се възползва от необичайните свойства на квантовата механика, може най-накрая да се осъществи.

Системата в Австралия ще бъде “ първата машина, която прекрачва прага на [да бъде] наистина полезен компютър — първата квантова система в света, която ще бъде комерсиално полезна“, твърди Пийт Шадболт, главен научен директор на PSI.

Той не е сам в отправянето на големи претенции за поколение компютри, които са планирани да бъдат построени преди края на това десетилетие, сигнализирайки за сравнително кратък спринт за област, която имаше своя дял от неуспехи през 65-те години, откакто професор Ричард Файнман за първи път изложи идея за квантово изчисление.

Едно от най-големите предизвикателства е, че квантовите битове — или кубити — използвани в днешните машини са силно нестабилни и задържат своите квантови състояния само за изключително кратки периоди, създавайки „шум“. В резултат на това се натрупват грешки по време на всяко квантово изчисление, което прави компютъра по същество безполезен.

Последните постижения в коригирането на грешки, техника за кодиране на информация в кюбити, която компенсира това, обещаха начин за преодоляване на този проблем много по-бързо, отколкото повечето в индустрията очакваха.

Други компаниите, които са се прицелили в нова финална линия в квантовата надпревара, включват IBM, която изгражда експериментални квантови системи от години. В края на 2023 г. за първи път изложи пътна карта за достигане на напълно функционална, практична система.

„Чувствам, че имаме път към мащабиране, за да демонстрираме устойчив на грешки квантов компютър“ до 2029 г. , каза Джей Гамбета, вицепрезидент на квантовите компютри в IBM.

„Никой досега не е интегрирал система с милиони кубити, най-много са няколко хиляди“, каза Скот Арънсън, директор на Квантовия информационен център в Тексаския университет.

В продължение на години прогнозирането кога точно квантовите изчисления ще достигнат практическа полезност изглеждаше като глупава задача. Надеждите, че ще можем да програмираме по-ранно поколение от така наречените шумни машини - системи с нестабилни кубити - бяха попарени, слагайки край на един път за практическа употреба.

И дори някои привидно значими изследователски пробиви не успяха да дадат резултат резултати. Когато през 2019 г. Google заяви, че е достигнал „квантово надмощие“ – точката, в която квантовите системи изпреварват традиционните компютри – се оказа, че нови начини за програмиране на съществуващи машини могат да заличат предимството.

Но много в индустрията сега смятат, че през последните месеци се отвори ясен път за изграждане на широкомащабни системи, които ще донесат реални технически и бизнес предимства.

Поредица от изследователски пробиви, започващи с Google миналата година, донесоха значителен напредък в коригирането на грешки години по-рано от повечето очаквания. Резултатите от изследванията на Харвардския университет и базираната в Бостън група QuEra в края на 2023 г., заедно с доклад тази година от Microsoft и базирания в САЩ и Обединеното кралство Quantinuum, добавиха към надеждите.

„През изминалата година , видяхме голям напредък в индустрията и по-специално около коригирането на грешки“, каза Стив Брайърли, ръководител на Riverlane, квантов стартъп в Обединеното кралство. Това намали броя на техническите пробиви, които все още трябва да бъдат направени, каза той. „Това все повече изглежда по-малко като научен проблем, а много повече като инженерен проблем.“

Един от резултатите е нова надпревара за разширяване на днешните квантови хардуерни системи, за да могат да се справят с полезните алгоритми, които компании като тъй като IBM сега вярва, че скоро ще бъде произведен.

Инвестицията на Австралия в PSI, под формата на собствен капитал в компанията, както и безвъзмездни средства и заеми, бележи необичаен залог върху кубити, базирани на фотони, а не на свръхпроводящи кубити, използвани от IBM и Google. Доказано е, че фотоните осигуряват стабилна основа за квантова система, но PSI в миналото е публикувал малко изследвания, за да покаже какъв напредък е постигнал за преодоляване на многото хардуерни предизвикателства, каза Арънсън от UT.

В опит да разсее тези съмнения, тази седмица PSI публикува първата си изследователска статия, очертаваща напредъка в хардуера, за който Shadbolt твърди, че го е поставил по пътя към работеща, широкомащабна система до края на десетилетието.

С насочване на вниманието към практичността на производството на голям брой кубити и квантови чипове, както и друг хардуер, необходим за свързването им заедно в по-големи системи, PSI също твърди предимства за фотонната технология, която ще получи до система от 1 милион кубита по-бързо от други в индустрията.

В един положителен знак за индустрията, докато тя се движи към комерсиално производство, се формира по-развита верига за доставки на квантов хардуер, докато технологията се движи извън лабораторията, каза Брайърли.

Въпреки новите надежди, експерти като Gambetta от IBM признават, че плановете им да стигнат до пълно квантово изчисление все още могат да бъдат провалени. По-трудно е да се предвиди кога ще бъдат направени необходимите алгоритмични пробиви, за да се направи корекцията на грешки практична, отколкото създаването на пътна карта за увеличаване на хардуера, каза той.

Гамбета обаче добави, че ако IBM успее да покаже първите, много ранни практически резултати от квантовите изчисления през следващите две години – момент, който нарича квантово предимство – това може да предизвика нова вълна от интерес от страна на корпоративния свят.

„Хората имат тези планове на хартия – нещата, които експериментаторите прогнозират, винаги отнемат повече време, отколкото си мислят“, каза Арънсън. Но след скорошния напредък, зараждащата се квантова изчислителна индустрия изглежда за първи път има истински шанс да достигне практическа полезност, добави той.

Последвайте ни в