Denna nya startup har byggt en rekordstor kvantdator på 256 qubit

Ms Tech | Jag ville ha Computing / Harvard

Äntligen har fysiker från Harvard och MIT hittat den mördande applikationen för kvantberäkning: en Mario Bros. GIF gjord av qubits. Quantbitarna (kvantbitarna) kan också ordnas i en Space Invaders-design, eller Tetris, eller någon annan form - din geometriska önskan är qubitarnas kommando.

GIF-filerna erbjöds av QuEra Computing, en Boston-startup som kommer från stealth, för att visa upp programmerbarheten hos deras 256-qubit kvantsimulator - en speciell kvantdator byggd för att lösa vissa typer av problem.

QuEra-maskinen är det senaste steget när det gäller att skala upp kvantdatorer för att göra den mer kraftfull och kapabel att hantera praktiska problem. Fler qubits betyder att mer information kan lagras och bearbetas, och forskare som utvecklar tekniken har tävlat om att ständigt höja ribban.

Relaterad berättelse

Quantum supremacy från Google? Inte så snabbt, säger IBM. Den rivaliserande tillverkaren av kvantdatorer ifrågasätter det mycket uppmärksammade påståendet att Google har nått en ny milstolpe.

2019 tillkännagav Google att dess 53-qubit-maskin hade uppnått kvantöverlägsenhet – att utföra en uppgift som inte kan hanteras av en konventionell dator – men IBM ifrågasatte påståendet. Samma år, IBM lanserade sin 53-bitars kvantdator . År 2020, IonQ presenterade ett 32-qubit-system som företaget sa var världens mest kraftfulla kvantdator. Och just den här veckan lanserade IBM sin nya 127-qubit kvantprocessor, som pressmeddelandet beskrev som ett mindre designmirakel. Den stora nyheten, ur mitt perspektiv, är att det fungerar, säger Jay Gambetta, IBMs vicepresident för kvantberäkning.

Nu hävdar QuEra att de har gjort en enhet med mycket fler qubits än någon av dessa rivaler.

Det slutliga målet med kvantberäkning är naturligtvis inte att spela Tetris utan att överträffa klassiska datorer när det gäller att lösa problem av praktiskt intresse. Entusiaster tror att när dessa datorer blir tillräckligt kraftfulla, kanske om ett eller två decennier, kan de få transformativa effekter inom områden som medicin och finans, neurovetenskap och AI. Kvantmaskiner kommer sannolikt att behöva tusentals qubits för att hantera sådana komplexa problem.

Antalet qubits är dock inte den enda faktorn som spelar roll.

QuEra nämner också den förbättrade programmerbarheten för sin enhet, där varje qubit är en enda, ultrakall atom. Dessa atomer är exakt ordnade med en serie lasrar (fysiker kallar dem optisk pincett). Genom att placera qubits kan maskinen programmeras, ställas in på problemet som undersöks och till och med konfigureras om i realtid under beräkningsprocessen.

Olika problem kommer att kräva att atomerna placeras i olika konfigurationer, säger Alex Keesling, QuEras VD och meduppfinnare av tekniken. En av de saker som är unika med vår maskin är att varje gång vi kör den, några gånger i sekunden, kan vi helt omdefiniera geometrin och anslutningsmöjligheterna för qubits.

Atomfördelen

QuEras maskin byggdes utifrån en ritning och teknik som förfinats under flera år, ledd av Mikhail Lukin och Markus Greiner vid Harvard och Vladan Vuletić och Dirk Englund vid MIT (alla ingår i QuEras grundarteam). Under 2017 användes endast en tidigare modell av enheten från Harvard-gruppen 51 qubits ; 2020 demonstrerade de 256-qubit maskin . Inom två år förväntar sig QuEra-teamet att nå 1 000 qubits, och sedan, utan att förändra plattformen särskilt mycket, hoppas de kunna fortsätta att skala upp systemet utöver hundratusentals qubits.

Mario gjord av qubits.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

Det är QuEras unika plattform – det fysiska sättet som systemet är sammansatt på, och metoden med vilken information kodas och bearbetas – som borde möjliggöra sådana storskalesprång.

Medan Googles och IBMs kvantberäkningssystem använder supraledande qubits och IonQ använder fångade joner, använder QuEras plattform uppsättningar av neutrala atomer som producerar qubits med imponerande koherens (det vill säga en hög grad av kvantitet). Maskinen använder laserpulser för att få atomerna att interagera, excitera dem till ett energitillstånd – ett Rydbergstillstånd, beskrivet 1888 av den svenske fysikern Johannes Rydberg – där de kan göra kvantlogik på ett robust sätt med hög trohet. Detta Rydbergs tillvägagångssätt till kvantberäkning har arbetats på i ett par decennier, men tekniska framsteg – till exempel med lasrar och fotonik – behövdes för att få det att fungera tillförlitligt.

Irrationellt sprudlande

När datavetaren Umesh Vazirani, chef för Berkeley Quantum Computation Center, först fick reda på Lukins forskning i dessa linjer, kände han sig irrationellt sprudlande – det verkade som ett fantastiskt tillvägagångssätt, även om Vazirani ifrågasatte om hans intuitioner var i kontakt med verkligheten. Vi har haft olika välutvecklade vägar, som supraledare och jonfällor, som man har arbetat med länge, säger han. Borde vi inte tänka på olika system? Han checkade in med John Preskill, en fysiker vid California Institute of Technology och chefen för Institutet för kvantinformation och materia, som försäkrade Vazirani att hans överflöd var berättigad.

Preskill tycker att Rydberg-plattformar (inte bara QuEras) ​​är intressanta eftersom de producerar starkt interagerande qubits som är mycket intrasslade - och det är där kvantmagin finns, säger han. Jag är ganska exalterad över potentialen på en relativt kort tidsskala att upptäcka oväntade saker.

Förutom att simulera och förstå kvantmaterial och dynamik – som Lukin kallar de första exemplen på användbara kvantfördelar som involverar vetenskapliga tillämpningar – forskarna arbetar också med kvantalgoritmer för att lösa beräkningsoptimeringsproblem som är NP-komplett (det vill säga väldigt svårt).

En av QuEras investerare är Rakuten, ett japanskt företag för internettjänster, e-handel och fintech, som är intresserade av att utforska problemet med att optimera antennplaceringar för 4G- och 5G-mobiltjänster. Tekniken har också lovat att lösa många optimeringsproblem från leveransdirigering, aktieportfölj, sökmotorer till rekommendationer, säger Takuya Kitagawa, Rakutens datachef. Drömmen är stor.

Preskill är dock inte särskilt optimistisk att QuEras maskin kommer att överträffa klassiska algoritmer för optimeringsproblem. Det var han som myntade termen kvantöverhöghet (som beskriver punkten då kvantdatorer kan göra saker som klassiska datorer inte kan), och han noterar: Vi har inga starka teoretiska argument för att vi kommer att se kvantfördelar i optimering. snart tid. Men det är verkligen värt att undersökas.

Och Preskill är angelägen om QuEras plan att göra sin plattform allmänt tillgänglig för forskning och utveckling. Att ha en större gemenskap av människor som busar och leker med maskinerna, säger han, kommer att hjälpa till att ta reda på vad de är bra på. Förhoppningsvis kommer de inte att ägna sin tid åt att bara spela Tetris och Space Invaders.

Dölj