Tag af sted med Heron og Condor: De seneste fremskridt inden for kvantecomputere

IBM har netop annonceret det seneste gennembrud i deres mission om at gøre kommercialiserede og praktiske kvantecomputere til en realitet – en 1.000+ qubit-processor kaldet ‘Condor’ og en fejlkorrektionsfokuseret processor kaldet ‘Heron’.

Kvantecomputere repræsenterer en ny tilgang til maskinbaseret beregning.  Ved brug af qubits, der kan være i superposition og sammenfiltring, har kvantecomputere potentialet til at udføre hurtigere og mere komplekse beregninger end de klassiske bits, der bruges i mere traditionelle computere. I modsætning til traditionel beregning, hvor bits repræsenterer enten 0 eller 1, kan qubits i kvantecomputing repræsentere begge tilstande samtidigt. Vigtigt er, at dette gør kvantecomputing komplementær til klassisk computing i stedet for en erstatning; den udmærker sig i opgaver som molekylære simuleringer og systemoptimeringer, mens klassisk computing er bedre egnet til daglige opgaver.

Det er på grund af de typer af opgaver, som kvantecomputing bør udmærke sig i, at teknologien er så hyldet.  En computer, der kan udføre komplekse beregninger mange størrelsesordener hurtigere end sine traditionelle modparter, er værd at udvikle, da dens anvendelsesområder har potentialet til at ændre verden og vores forståelse af den.

IBMs Heron og Condor

Med sin meddelelse har IBM gjort betydelige fremskridt inden for kvantecomputing ved at lancere to avancerede kvanteprocessorer: Heron og Condor.

Heron-processoren, der er en del af det kvantesystem ibm_torino, repræsenterer et skridt fremad med sine 133 faste-frekvens qubits og justerbare koblere, hvilket leverer en 3-5x forbedring i ydeevne sammenlignet med de tidligere 127-qubit Eagle-processorer.  Denne fremskridt eliminerer praktisk talt ‘cross-talk’ (uønsket interaktion eller interferens mellem qubits) og lægger grundlaget for fremtidig hardwareudvikling.  Bemærkelsesværdigt er, at IBM allerede bruger disse chips i sin ‘modular-architecture’ Quantum System Two-computing platform.

På den anden side er Condor-processoren, en 1.121 superledende qubit kvanteprocessor, en lige så bemærkelsesværdig innovation.  Den øger qubit-tætheden med 50 %, inkorporerer fremskridt inden for qubit-fremstilling og integrerer over en mil høj‑tætheds kryogen ledning inden for et enkelt fortyndingskøleskab (et værktøj, der bruges til at opnå ekstremt lave temperaturer, typisk tæt på det absolutte nulpunkt).  Condors ydeevne er sammenlignelig med virksomhedens tidligere 433‑qubit Osprey-processor, hvilket markerer en betydningsfuld milepæl i skalering og informerer fremtidig hardwaredesign inden for kvantecomputing.

Disse udviklinger fra IBM er afgørende for at skubbe grænserne for kvanteanvendelse og bevæge sig mod kvante‑centreret supercomputing.

Anvendelser og Begrænsninger

Som tidligere nævnt er kvantecomputere så hyldet på grund af deres potentiale til i høj grad at fremme vores forståelse af næsten alle videnskabelige felter.  Følgende er blot nogle få eksempler på dette.

Medicinsk: Inden for medicin kunne kvantecomputing revolutionere lægemiddelforskning ved at simulere molekylers opførsel på kvanteniveau. Dette muliggør mere præcise forudsigelser af, hvordan potentielle lægemidler kan interagere med den menneskelige krop, hvilket fremskynder udviklingen af nye medicin og reducerer omkostningerne.

Meteorologi: For meteorologi kunne kvantecomputere analysere enorme mængder vejrdata mere effektivt end klassiske computere.  Dette ville føre til mere præcise vejrforudsigelser og bedre forståelse af klimaforandringer, hvilket hjælper med at afbøde naturkatastrofer og planlægge landbrugsstrategier.

Kompleks problemløsning: Kvantecomputing kunne tackle problemer, der i øjeblikket er uløselige for klassiske computere, såsom optimering af store systemer for logistik og forsyningskæder, eller løse indviklede matematiske problemer.  Dette har brede implikationer for forskellige sektorer, herunder transport, energi og finans.

Det er også vigtigt at erkende, at vi ikke kan vide, hvad vi ikke kan forestille os.  Det betyder, at der vil være utallige uventede fremskridt, som bliver mulige gennem de evner, som denne teknologi en dag vil give.

“Kvantecomputing er fremtiden for computing. Det vil åbne nye muligheder for videnskabelig opdagelse og teknologisk fremskridt, som vi ikke engang kan forestille os i dag.” – Arvind Krishna, Chairman and CEO of IBM, i et interview med CNBC

Da kvantecomputere repræsenterer en så monumental teknologisk præstation, bør det ikke overraske, at der har været, og fortsat er, betydelige forhindringer og begrænsninger, som skal overvindes over tid.  For eksempel står kvantecomputing i øjeblikket over for udfordringer inden for fejlkorrektion, skalerbarhed og udvikling af praktiske algoritmer.

Med tiden vil der uden tvivl opstå andre forhindringer, som tidligere var uventede på grund af en rudimentær, men voksende forståelse af kvantemekanik.  Kompleksiteten og potentialet i kvantefysik blev understreget i det følgende citat.

“Hvis du tror, du forstår kvantemekanik, forstår du kvantemekanikken ikke.” – Richard Feynman, Nobelpristager i fysik

Som det er nu, betyder disse begrænsninger, at kvantecomputere endnu ikke er klar til udbredt brug.  Med de seneste fremskridt peger optimistiske tidslinjer på endnu et årti, før dette er tilfældet.

Uddannelse af den fremtidige kvantecomputing-arbejdsstyrke

I de seneste årtier syntes kvantecomputing at være så fjernt i fremtiden, at kurser, der underviser i det, var få og langt imellem.  Nu hvor en fremtid, hvor de faktisk er i brug, begynder at komme i fokus, øges behovet for at uddanne den næste generation af forskere og ingeniører, som vil være ansvarlige for at fortsætte denne udvikling.

• Institute for Quantum Computing på University of Waterloo er et bemærkelsesværdigt eksempel, der kombinerer akademisk forskning med en drivkraft for at kommercialisere teknologi.  Finansieret af Mike Lazaridis, skaberen af BlackBerry , beskæftiger den omkring 296 forskere og har offentliggjort over 1.500 forskningsartikler.
• University of Oxford har en lang historie inden for kvantecomputing med betydelige bidrag til feltet, herunder den første fungerende rene tilstands NMR kvantecomputer.
• Harvard University’s Harvard Quantum Initiative fokuserer på at fremme videnskaben og ingeniørkunsten inden for kvantecomputere og deres anvendelser, og forbereder sig på det, de kalder den “andre kvante-revolution”.
• MIT’s Center for Theoretical Physics dykker dybt ned i kvanteinformation og kvantecomputing, udforsker kvantealgoritmer, kvanteinformations teori og den eksperimentelle realisering af kvantecomputere.
• National University of Singapore og Nanyang Technological University’s Centre for Quantum Technologies samt University of California Berkeley’s Center for Quantum Information and Computation er også pionerer inden for uddannelse i kvantecomputing, med fokus på forskning og udvikling af kvanteenheder.
• University of Maryland’s Joint Quantum Institute samarbejder med store institutioner som NIST og LPS og gennemfører omfattende forskningsprogrammer dedikeret til at kontrollere og udnytte kvantesystemer.

Industrielle aktører, der fremmer kvantecomputing

Mens de førnævnte skoler måske uddanner den næste generation af kvantecomputing-specialister, er de følgende få virksomheder i øjeblikket med til at bane vejen for denne fremtid.

1.  International Business Machines Corporation

IBM Prisdiagram

IBM har i lang tid været en førende inden for udviklingen af kvantecomputere.  Virksomheden har til formål at demokratisere udviklingen af kvantecomputing gennem initiativer som Qiskit Patterns.  IBM har også udvidet sin køreplan for at opnå stor‑skala, praktisk kvantecomputing med fokus på nye modulære arkitekturer og netværk, der kan muliggøre kvantesystemer med hundredtusinder af qubits, hvilket er essentielt for praktiske kvanteapplikationer.

2.  Microsoft Corporation

MSFT Prisdiagram

Microsofts indsats inden for kvantecomputing er centreret omkring cloud‑integration og samarbejde.  Virksomheden har introduceret kvantemaskiner med de højeste kvantevolumener i branchen til Azure Quantum, herunder partnerskaber med IonQ, Pasqal, Quantinuum, QCI og Rigetti.  Denne integration muliggør eksperimentering og er et skridt mod skaleret kvantecomputing.  Microsoft (MSFT ) understreger vigtigheden af et globalt økosystem for at realisere det fulde potentiale af kvantecomputing og planlægger at levere deres kvantemaskine som en cloud‑tjeneste via Azure, hvilket sikrer sikker og ansvarlig brug af denne nye teknologi.

3.  Alphabet Inc.

GOOGL Prisdiagram

Alphabet (GOOG ) har gennem sit Google Quantum AI‑laboratorium gjort betydelige fremskridt inden for kvantecomputing.  I 2023 annoncerede Google‑forskere en vigtig milepæl i at reducere fejlraten i kvantecomputing, en langvarig udfordring på området.  Deres forskning, offentliggjort i tidsskriftet Nature, beskriver et system, der kan reducere fejlraten betydeligt og implementere fejlkorrektionskoder, som kan opdage og rette fejl uden at gå på kompromis med informationen.  Tidligere, i 2019, hævdede Google at have opnået “kvante‑overlegenhed” med deres Sycamore‑maskine, som udførte en beregning på 200 sekunder, hvilket ville have taget en konventionel supercomputer 10.000 år, og demonstrerede kvantecomputingens potentiale til at løse komplekse problemer langt ud over traditionelle computers kapaciteter.

Konklusion

Kvantecomputing repræsenterer et banebrydende spring i computerverdenen og tilbyder potentialet til at revolutionere en lang række felter.  Mens IBMs seneste fremskridt med Heron- og Condor‑kvanteprocessorerne markerer betydelige fremskridt mod praktisk kvantecomputing, står teknologien fortsat over for store udfordringer inden for fejlkorrektion, skalerbarhed og algoritmeudvikling – hvilket understreger behovet for fortsat forskning og innovation.

Selvom disse udfordringer fortsat eksisterer, indeholder kvantecomputing løftet om at åbne muligheder, vi ikke engang kan forestille os i dag, og indlede en ny æra af videnskabelig opdagelse og teknologisk fremskridt.  Dens fulde potentiale udfolder sig stadig, og dens indvirkning på forskellige industrier og samfund lover at blive dybtgående.