Helios: Επιστήμονες αποκάλυψαν τον ισχυρότερο κβαντικό υπολογιστή στον κόσμο

Η εταιρεία Quantinuum αποκάλυψε τον Helios, έναν νέο κβαντικό υπολογιστή που, σύμφωνα με τους επιστήμονες, ξεπερνά κάθε άλλο σύστημα στον κόσμο σε υπολογιστική ισχύ.

Όπως υποστηρίζουν, ο Helios μπορεί να λύσει προβλήματα τα οποία ένας συμβατικός υπερυπολογιστής θα μπορούσε να χειριστεί μόνο αν κατανάλωνε περισσότερη ενέργεια από ένα… κβάζαρ, δηλαδή από ένα από τα πιο φωτεινά αντικείμενα στο σύμπαν, αναφέρει το LiveScience.

Ο Helios βασίζεται σε μια κβαντική μονάδα επεξεργασίας (QPU) με 98 qubits (κβαντικά bits) φτιαγμένα από ιόντα βαρίου. Αυτά είναι διατεταγμένα σε μια ειδική δακτυλιοειδή δομή που σχηματίζει μια διασταύρωση στη βάση, πριν επεκταθεί σε δύο παράλληλες ράβδους. Αυτή η μοναδική διάταξη των qubits επιτρέπει την πιο αποτελεσματική ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων, αυξάνοντας έτσι σημαντικά την ακρίβεια των υπολογισμών. Η νέα διάταξη αναπτύχθηκε σε συνεργασία με το Sandia National Laboratory, από το οποίο και δημοσιεύτηκε στις 5 Νοεμβρίου.

Πώς δημιουργήθηκε

Η ομάδα κατάφερε να συνενώσει τα 98 φυσικά qubits σε 48 λογικά qubits (48 ζεύγη με δύο εφεδρικά qubits), τα οποία μοιράζονται δεδομένα για να ελαχιστοποιήσουν τις πιθανότητες αποτυχίας σε περίπτωση που παρουσιαστεί σφάλμα σε ένα από αυτά. Η επίδοση που πέτυχαν ονομάζεται «καλύτερη από το σημείο ισοσκελισμού», δηλαδή η συσκευή λειτουργεί αποδοτικότερα με ενεργή διόρθωση λαθών απ’ ό,τι χωρίς αυτήν – κάτι που δεν είναι τόσο εύκολο όσο ακούγεται. Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες πίστευαν ότι χρειάζονται περίπου 10 φυσικά qubits για να δημιουργηθεί ένα σταθερό λογικό qubit, αλλά οι επιστήμονες της Quantinuum κατάφεραν να μειώσουν την αναλογία σε 2 προς 1.

Παράλληλα, ανέπτυξαν μια νέα γλώσσα προγραμματισμού, την Guppy, βασισμένη στην ευρέως χρησιμοποιούμενη Python, η οποία έχει σχεδιαστεί για να είναι συμβατή με μελλοντικά συστήματα ανεκτικά σε σφάλματα. Κατασκεύασε επίσης μια νέα στοίβα ελέγχου από το μηδέν, έτσι ώστε ο μηχανισμός ελέγχου – ο κλασικός εγκέφαλος του μηχανήματος – να μπορεί να ανιχνεύει και να επιλύει σφάλματα σε πραγματικό χρόνο.

Ο Helios χρησιμοποιεί κάρτες γραφικών της Nvidia για να αναλύει τα δεδομένα και να αποστέλλει διορθώσεις στο σύστημα χωρίς καθυστερήσεις. Στα τεστ επιδόσεων, κατέγραψε ακρίβεια 99,9% στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ qubits – ποσοστό πολύ υψηλότερο από κάθε άλλο κβαντικό μηχάνημα που έχει παρουσιαστεί δημοσίως. Οι δοκιμές περιλάμβαναν και το γνωστό benchmark τυχαίας δειγματοληψίας κυκλωμάτων (RCS) της Google, στο οποίο ο Helios ξεπέρασε το προηγούμενο ρεκόρ της ίδιας της Quantinuum.

Πώς χρησιμοποιήθηκε

Η ομάδα χρησιμοποίησε το νέο σύστημα και για να προσομοιώσει τη συμπεριφορά ενός μετάλλου που γίνεται υπεραγώγιμο σε υψηλές θερμοκρασίες. Η προσομοίωση αποκάλυψε ότι τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ζεύγη με κοινή «ταυτότητα» όταν το υλικό βρίσκεται σε υπεραγώγιμη κατάσταση – ένα φαινόμενο που δεν μπορεί να παρατηρηθεί με παραδοσιακά πειράματα.

Όπως εξηγεί ο Ντέιβιντ Χέιζ, διευθυντής του τμήματος υπολογιστικού σχεδιασμού της Quantinuum, η αρχιτεκτονική του Helios επιτρέπει πλέον τη «διασύνδεση» πολλών τέτοιων μονάδων, ώστε να δημιουργηθούν μελλοντικά μηχανές με εκατομμύρια qubits. «Μπορεί κανείς να το φανταστεί σαν έναν κόμβο κυκλοφορίας όπου τα qubits κατευθύνονται και συνεργάζονται αποδοτικά», σημειώνει. «Τώρα που λειτουργεί αυτό το μοντέλο, το επόμενο βήμα είναι να το επεκτείνουμε σε ακόμη μεγαλύτερη κλίμακα».