Skaalautuvien kvanttitietokoneiden kasvattaminen yksiatomisilla kubitteilla

Sydneyn yliopiston ryhmä esitti vuonna 2025 universaalin porttijoukon Gottesman–Kitaev–Preskill- eli GKP-loogisille kubiteille yhden loukkuionin värähtelytiloissa. Työ pakkaa useita loogisia tiloja samaan fyysiseen järjestelmään ja voi vähentää joidenkin operaatioiden laitteistotarvetta.

“Yhden atomin kubitti” ei silti tarkoita valmista suurta kvanttitietokonetta eikä virheetöntä laskentaa. Ioni tarvitsee tyhjiön, sähkömagneettisen loukun, lasereita, ohjauselektroniikkaa, kalibrointia ja virheenkorjausta. Skaalautuvuus ratkaistaan koko järjestelmän, ei vain atomien määrän perusteella.

GKP-kubitit yhdessä loukkuionissa

Perinteinen kubitti käyttää kahta tilaa. GKP-koodi tallentaa loogisen kubitin jatkuvan muuttujan, kuten harmonisen oskillaattorin, ruudukkomaiseen tilarakenteeseen. Pienet siirtymävirheet voidaan havaita ja korjata, jos tila voidaan valmistaa, ohjata ja mitata riittävän tarkasti.

Lähde: Forbes

Tutkimuksessa loukkuionin kolmea värähtelymoodia käsiteltiin erillisinä jatkuvan muuttujan resursseina. Ohjauspulssit mahdollistivat yksittäisten loogisten kubittien operaatiot sekä kahden moodin lomittamisen. Tämä on eri asia kuin kolmen erillisen atomin tai täysin virheenkorjatun tietokoneen rakentaminen.

Mitä “universaali porttijoukko” osoittaa?

Universaali porttijoukko tarkoittaa, että sopivista perusoperaatioista voidaan periaatteessa koostaa mielivaltainen kvanttilaskenta. Kokeellinen osoitus on tärkeä, koska se sisältää sekä yhden kubitin portteja että lomittavan portin.

Se ei vielä osoita pitkää laskentaa loogisen virhetason laskiessa järjestelmän kasvaessa. Tilojen valmistus, porttien fideliteetti, mittaus, korjaussyklit, lämmitys ja moodien välinen vuorovaikutus määräävät käytännön suorituskyvyn.

Lähde: Nature Physics

Virheenkorjaus ja fyysisten kubittien määrä

Hyödyllinen kvanttitietokone tarvitsee loogisia kubitteja, joiden virhe on pienempi kuin yksittäisten fyysisten osien. Useimmat koodit käyttävät tähän monia fyysisiä kubitteja. GKP-koodaus voi siirtää osan tästä kuormasta yhden oskillaattorin suurempaan tila-avaruuteen.

Laitteistosäästö ei ole ilmainen: erittäin tarkat ei-Gaussiset tilat ja portit ovat vaikeita valmistaa. Todellinen vertailu vaatii saman algoritmin, tavoitevirheen, korjausprotokollan ja koko ohjausjärjestelmän resurssit.

Kvanttisimulaatio ja hilateoriat

Erillisessä tutkimuksessa Google Quantum AI käytti suprajohtavaa kvanttiprosessoria (2+1)-ulotteisen hilamittakenttäteorian dynamiikan simulointiin. Tutkijat seurasivat varauksia ja niitä yhdistäviä kenttäjonoja sekä jonojen katkeamista hiukkasparien syntyessä.

Lähde: Nature

Tällainen analoginen tai digitaalinen kvanttisimulaatio voi testata malleja olosuhteissa, joita hiukkaskiihdytin ei suoraan tuota. Se ei korvaa kiihdytinkokeita eikä todista uutta luonnonlakia; tulokset on suhteutettava laitteen virheisiin, mallin approksimaatioihin ja klassisiin tarkistuksiin.

Lähde: Nature

Kohti suurempia järjestelmiä

Kvanttikoneita voidaan kasvattaa lisäämällä kubitteja, parantamalla loogista koodausta tai yhdistämällä moduuleja fotoni- ja verkkoliitännöillä. Jokainen tie tuo kustannuksia: häviöitä, synkronointia, liitäntävirheitä, jäähdytystä, kaapelointia ja ohjausta.

Siksi uudet koodit ja verkkokokeet eivät tarkoita, että suuri käyttökelpoinen kone olisi “hyvin pian” valmis. Edistystä pitäisi mitata toistettavilla loogisilla porteilla, algoritmin aikana alenevalla loogisella virhetasolla, hyödyllisellä laskentasyvyydellä ja riippumattomalla vertailulla.

Sijoittaminen kvanttilaskentaan

Kvanttiteknologiaan voi sijoittaa laitevalmistajien, pilvipalvelujen, ohjauselektroniikan, fotoniikan ja monialayhtiöiden kautta. Tekninen läpimurto ei automaattisesti tuota lähivuosien liikevaihtoa. Asiakkaiden maksuhalukkuus, käyttöaste, pääomakulut, kilpailu ja kaupallistamisen aikataulu ratkaisevat.

Honeywell ja Quantinuum

Quantinuum syntyi Honeywell Quantum Solutionsin ja Cambridge Quantumin yhdistyessä. Honeywell (HON ) on ollut enemmistöomistaja, mutta tarkka osuus voi muuttua rahoituskierroksissa. Vuoden 2024 kierroksen 5 miljardin dollarin arvostus oli yksityisen rahoituksen ehto, ei pörssin määrittämä arvo.

Lähde: Quantinuum

Mahdollisesta listautumisesta ja jopa 20 miljardin dollarin arvosta esitetyt arviot ovat spekulaatiota. Ajankohta, rakenne, hinnoittelu ja Honeywellin omistus eivät ole varmoja ennen virallisia ehtoja.

Teknologia ja tuotteet

Quantinuumin H-sarjan loukkuionijärjestelmissä kubitit ovat laajasti kytkeytyviä ja porttifideliteetti on korkea. H2-järjestelmän 56 fyysisen kubitin luku ja yhtiön ilmoittama 99,895% kahden kubitin fideliteetti kuvaavat tiettyä laiteversiota ja mittaustapaa; ne eivät yksin kerro sovelluksen loogisesta virheestä.

Yhtiö tarjoaa InQuanto-ohjelmistoa laskennalliseen kemiaan sekä pilvipohjaista pääsyä järjestelmiin. Helios, yhteistyö Infineonin kanssa ja generatiivista kvantti-AI:ta koskevat hankkeet ovat kehitysohjelmia. Niiden kaupallinen arvo riippuu toimituksista, asiakkaiden käytöstä ja siitä, voittavatko ne klassiset menetelmät kustannuksissa tai tarkkuudessa.

Sijoittajan riskit

• pitkä ja epävarma tie virheenkorjattuun hyötylaskentaan;
• kallis laitteisto, osaajapula ja riippuvuus julkisesta tutkimuksesta;
• kilpailu suprajohtavista, fotonisista, neutraaliatomi- ja muista ionialustoista;
• yksityisen tytäryhtiön rajallinen taloudellinen läpinäkyvyys;
• listautumisarvon ja aikataulun spekulatiivisuus;
• se, että Honeywellin tulos tulee pääosin ilmailusta, automaatiosta ja materiaaleista.

Johtopäätös

Sydneyn työ osoittaa, että yhden loukkuionin eri värähtelymoodeihin voidaan koodata ja lomittaa GKP-loogisia kubitteja universaaleilla porteilla. Se on laitteistotehokkuuden kannalta merkittävä askel.

Seuraavat ratkaisevat näytöt ovat aktiivinen virheenkorjaus, aleneva looginen virhetaso, useampien ionien ja moodien hallinta sekä hyödyllinen algoritmi realistisilla resursseilla. Sijoitusarvoa arvioitaessa tutkimustulos, kaupallinen tuote ja Honeywellin nykyinen tulos on pidettävä erillään.

Honeywellin uusimmat uutiset