U poslednjim godinama, polje kvantnog računanja doživelo je brz rast, sa tehnološkim naprecima i velikim investicijama koje redovno zauzimaju naslovnice.
Ujedinjene nacije su 2025. godinu proglasile Međunarodnom godinom kvantne nauke i tehnologije
Ishodi su veliki – posjedovanje kvantnih računara značilo bi pristup ogromnoj procesorskoj snazi u poređenju sa onim što imamo danas. Kvantni računari neće zameniti obične računare, ali pružanje ovakve moćne računarske snage omogućilo bi napredak u medicini, hemiji, nauci o materijalima i drugim oblastima.
Nije iznenađujuće što kvantno računanje postaje globalna trka, a privatna industrija i vlade širom sveta utrkuju se u izgradnji prvog punog kvantnog računara. Da bi se to postiglo, potrebno je prvo imati stabilne i skalabilne kvantne procesore, odnosno čipove.
Klasični vs. kvantni računari
Svaki dan koristimo klasične računare, kao što su laptopovi. Oni čuvaju i obrađuju informacije u obliku binarnih brojeva, ili bitova. Jedan bit može predstavljati 0 ili 1. Nasuprot tome, osnovna jedinica kvantnog čipa je kvantni bit ili kubit. Kvantni čip se sastoji od mnogih kubita, koji su obično subatomske čestice, poput elektrona ili fotona, kojima se upravlja pomoću specijalno dizajniranih električnih i magnetnih polja. Za razliku od bita, kubit može biti u stanju 0, 1, ili kombinaciji oba stanja, poznatom kao „superpozicija“. Ova jedinstvena osobina omogućava kvantnim procesorima da čuvaju i obrađuju ogromne količine podataka, eksponencijalno brže od najmoćnijih klasičnih računara. Postoji nekoliko metoda za pravljenje kubita, uključujući korišćenje supravodljivih uređaja, poluprovodnika, fotonike (svetlosti) i drugih pristupa. Svaka metoda ima svoje prednosti i nedostatke. Kompanije poput IBM-a, Googla i QueRa imaju planove za drastično povećanje broja kvantnih procesora do 2030. godine. Kompanije koje koriste poluprovodnike, poput Intela i australijskih firmi Diraq i SQC, takođe rade na razvoju kvantnih računara. Ključni razvojni lideri kvantnih fotonskih računara uključuju PsiQuantum i Xanadu.
Kubit: Kvalitet vs. kvantitet
Broj kubita u kvantnom čipu nije toliko važan kao njihov kvalitet. Kvantni čip sa hiljadama loših kubita neće moći da izvrši korisne računarske zadatke.
Šta čini kubit kvalitetnim?
Kubitima se lako ometaju spoljne smetnje, poznate kao greške ili šum. Ovaj šum može doći od mnogih izvora, uključujući nesavršenosti u proizvodnji, probleme sa kontrolnim signalima, promene temperature ili jednostavno interakciju sa okolinom.
Podložnost greškama smanjuje pouzdanost kubita, što je poznato kao fidelitet. Da bi kvantni čip ostao stabilan dovoljno dugo da izvrši složene računarske zadatke, potrebni su visoko-pouzdani kubiti. Kada istraživači upoređuju performanse različitih kvantnih čipova, fidelitet kubita je jedan od ključnih parametara.
Kako ispraviti greške?
Srećom, ne moramo praviti savršene kubite. Tokom poslednjih 30 godina, istraživači su dizajnirali teorijske tehnike koje koriste mnoge nesavršene ili nisko-fideltetne kubite za kodiranje apstraktnog “logičkog kubita”. Logički kubit je zaštićen od grešaka i zato ima veoma visok fidelitet. Koristan kvantni procesor zasnivaće se na mnogim logičkim kubitima.
Gotovo svi veliki proizvođači kvantnih čipova sada primenjuju ove teorije, pomerajući fokus sa kubita na logičke kubite.
Šta kvantni računari mogu da urade?
Potpuno funkcionalni kvantni procesor mogao bi rešiti izuzetno kompleksne probleme. Ovo bi moglo imati revolucionaran uticaj na mnoga istraživanja, tehnologiju i ekonomiju. Kvantni računari mogli bi pomoći u otkrivanju novih lekova i unapređenju medicinskih istraživanja tako što bi pronašli nove povezanosti u podacima kliničkih ispitivanja ili genetici koje trenutni računari ne mogu obraditi zbog ograničenih resursa. Takođe bi mogli značajno poboljšati bezbednost različitih sistema koji koriste algoritme veštačke inteligencije, kao što su bankarstvo, vojni ciljevi i autonomna vozila, između ostalog.
Da bismo postigli sve ovo, prvo moramo doći do kvantne supremacije – tačke u kojoj kvantni procesor rešava problem koji bi klasičnom računaru oduzeo nepraktično mnogo vremena. Krajem prošle godine, kvantni čip Willow kompanije Google postigao je kvantnu supremaciju za izmišljeni zadatak – računski problem koji je bio težak za klasične superračunare, ali lak za kvantne procesore zbog njihovog specifičnog načina rada. Iako nije rešio koristan stvarni problem, ovo je i dalje značajan uspeh i važan korak napred, koji je zahtevao godine istraživanja i razvoja. Na kraju, da bi trčao, prvo moraš da naučiš da hodaš.
Šta nas očekuje u 2025. i dalje?
U narednim godinama, kvantni čipovi će se nastaviti uspinjati. Bitno je da će sledeća generacija kvantnih procesora biti zasnovana na logičkim kubitima, sposobnim da rešavaju sve složenije zadatke.
Iako se kvantni hardver razvija brzim tempom, ne možemo zanemariti ogroman napredak u oblasti kvantnog softvera i algoritama. Korišćenjem kvantnih simulacija na običnim računarima, istraživači razvijaju i testiraju različite kvantne algoritme. Ovo će učiniti kvantno računanje spremnim za korisne aplikacije kada kvantni hardver dostigne potrebnu snagu.
Izgradnja punog kvantnog računara je težak zadatak. Biće potrebno ostvariti napredak na mnogim poljima, kao što su povećanje broja kubita na čipu, poboljšanje fideliteta kubita, bolja korekcija grešaka, kvantni softver i algoritmi, kao i mnogi drugi pod-sektori kvantnog računanja.
Nakon godina izvanrednog temeljnog rada, možemo očekivati da će 2025. doneti nova otkrića na svim ovim poljima.
Izvor: Mybroadband
