IBM: Jön a világ első hibamentes kvantumszámítógépe

IBM bejelentette: 2029-re elkészül a világ első, nagyszabású, hibajavított kvantumszámítógépe. A Quantum Starling névre keresztelt gép a New York állambeli Poughkeepsie-ben épülő új IBM Quantum adatközpontban kap majd helyet — és ha minden a tervek szerint halad, messze túlszárnyalja a ma ismert kvantumszámítógépek képességeit.

A vállalat friss közleménye szerint a Starling teljesítménye húszezerszerese lesz a jelenlegi kvantumszámítógépekének. Hogy érzékeltessük a léptéket: ennek a rendszernek a kvantumállapotát annyi adat képes csak tárolni, amennyihez 10⁴⁸ szuperszámítógép lenne szükséges — ez gyakorlatilag felfoghatatlan kapacitás a mai technológiai viszonyok között.

Az IBM nem először áll a kvantumforradalom élére: már ma is üzemeltet egy világszerte elérhető kvantumszámítógép-flottát, és folyamatosan fejleszti a következő generációs rendszereket. Most azonban olyan mérföldkőhöz érkeztek, amely kézzelfogható közelségbe hozza a gyakorlati felhasználásra alkalmas, skálázható kvantumszámítógépeket.

„Az IBM kijelölte a kvantumszámítástechnika következő határait” – jelentette ki Arvind Krishna, az IBM elnök-vezérigazgatója. – „Matematika, fizika és mérnöki tudásunk egyesítésével olyan hibajavított kvantumszámítógépet építünk, amely valós problémákat old meg, és egészen új lehetőségeket nyit meg az üzleti világ számára.”

Ezért fontos a hibajavítás

A kvantumszámítógépek egyik legnagyobb kihívása a hibák kezelése. Mivel a kvantumbitek (qubitek) rendkívül érzékenyek a külső hatásokra, nagyobb rendszerekben folyamatos hibajavításra van szükség. Ehhez több fizikai qubitet csoportosítanak össze, hogy egyetlen logikai qubitet alkossanak, amely megbízhatóbban képes tárolni és feldolgozni az információt.

A cél, hogy minél kevesebb fizikai qubitből, minél több hibajavított logikai qubitet tudjanak létrehozni. Eddig azonban nem volt olyan architektúra, amely ezt megfizethető és műszakilag kivitelezhető formában megoldotta volna — mostanáig.

IBM Quantum Starling és az új kódolási módszer

Az IBM megoldása az úgynevezett qLDPC (quantum low-density parity check) kód bevezetésén alapul. Ez az eljárás kilencven százalékkal csökkenti a hibajavításhoz szükséges fizikai qubitek számát más kódokhoz képest. A cég szerint ezzel nemcsak kevesebb qubitre lesz szükség, de jelentősen csökken a vezérlőelektronika és infrastruktúra-igény is — így végre valóban nagyléptékű kvantumrendszerek építhetők.

A Starling kétszáz logikai qubitet fog kezelni, és százmillió kvantumműveletet tud majd végrehajtani egy futtatás során. Ez lesz az alapja a későbbi IBM Quantum Blue Jay rendszernek, amely már kétezer logikai qubit és egymilliárd kvantumművelet kapacitással rendelkezik majd.

Kvantumtérkép: a Roadmap

Az IBM bemutatta a Quantum Roadmap új verzióját is, amely részletesen tartalmazza a következő évek mérföldköveit:

• 2025: IBM Quantum Loon – az első olyan rendszer, amely teszteli a qLDPC-alapú architektúra komponenseit, köztük a hosszú távú qubit-összekapcsolásra képes C-coupler elemeket.
• 2026: IBM Quantum Kookaburra – az első moduláris kvantumprocesszor, amely már kvantummemóriával és logikai műveletekkel dolgozik, lehetővé téve a több chipből álló, skálázható rendszerek kialakítását.
• 2027: IBM Quantum Cockatoo – két Kookaburra modult kapcsol össze L-coupler segítségével, amellyel kvantumchipek kapcsolódhatnak egymáshoz, mint egy kvantumhálózat csomópontjai.

A végső cél a 2029-re tervezett Starling, amely ezen fejlesztések eredményeit egyesíti majd egy nagyléptékű, hibajavított kvantumrendszerben. Az IBM mostani bejelentése nemcsak technológiai áttörés, hanem komoly üzenet is a piac felé: a kvantumszámítástechnika nem évtizedek múlva, hanem már a következő néhány évben gyakorlatilag alkalmazható szintre léphet.

A kvantumverseny élmezőnye

Az IBM bejelentése nem csupán a saját előrelépése miatt figyelemre méltó: a kvantumszámítástechnika mezőnyében óriási a verseny. Az Nvidia például nemrég mutatta be CUDA-Q platformját, amellyel klasszikus szuperszámítógépeket és kvantumrendszereket kapcsol össze. Az Amazon Braket és a Google Quantum AI is gőzerővel fejleszt, ám jelenleg egyik szereplőnek sincs hivatalos menetrendje nagyléptékű, hibajavított kvantumszámítógépre.

A francia Pasqal az egyik legizgalmasabb európai kvantum-startup. A cég Rydberg-atomokon alapuló kvantumszámítógépeket fejlesztenek, ahol lézerrel csapdázott egyedi atomokat használnak qubitként. Ez a megközelítés ígéretes, mert természetes úton stabil és jól skálázható qubiteket eredményezhet. A Pasqal célja, hogy 2025-re ezer qubites rendszert állítson szolgálatba, és már most partnerségben dolgoznak több nagy gyógyszeripari és anyagtudományi céggel.

Az amerikai IonQ ioncsapdás technológiára épít: lézeres vezérléssel felfüggesztett atomokat használnak qubitként. Ez a megoldás különösen pontos kvantumműveletekre képes, és jelenleg az egyik legjobb qubit-koherenciával rendelkező technológia. IonQ több felhőalapú platformon — például AWS, Azure és Google Cloud — keresztül is elérhető kvantumszolgáltatást kínál. A cég célja, hogy 2030-ra egymillió qubites rendszerrel álljon elő.

A kaliforniai Rigetti a szupravezető qubit technológiára épít, amelyet ugyan az IBM és a Google is használ, de Rigetti saját fejlesztésű kvantumchipekkel próbálja lekörözni a nagyokat. Kvantumprocesszoraikat QCS (Quantum Cloud Services) néven felhőn keresztül kínálják, és jelenleg nyolcvan qubites rendszerük működik. Fő céljuk a moduláris rendszerek fejlesztése, amelyek több kvantumchip összekapcsolásával növelhetők.