Tim znanstvenika sa Sveučilišta Harvard koji surađuje na projektu financiranom od strane Agencije za napredne obrambene istraživačke projekte (DARPA), objavio je značajan napredak u području kvantnog računarstva.
Istraživači koji sudjeluju u programu Optimizacija s Bukačkim Kvantnim Sustavima Srednje Veličine (ONISQ) ističu da su razvili prvi kvantni sklop na svijetu koji koristi logičke kvantne bite (qubite). Ovaj tehnološki proboj predstavlja važan korak prema stvaranju kvantnih računala otpornih na pogreške, što bi moglo dovesti do revolucionarnih promjena u dizajnu procesora za kvantna računala.
Program ONISQ, osnovan 2020. godine od strane DARPA-e, ima za cilj razvijati metode koje bi nadmašile mogućnosti klasičnih superračunala u rješavanju problema kombinatorne optimizacije. Ovi problemi su iznimno važni i izazovni, kako za obrambeni tako i za komercijalni sektor, te predstavljaju ključnu oblast istraživanja u kontekstu kvantnog računarstva.
Program “Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum devices” (ONISQ), koji vodi DARPA, ima za cilj iskoristiti potencijale kvantne obrade informacija prije nego što se razviju potpuno tolerantna kvantna računala na greške. Kako je DARPA navela u dokumentima predstavljenim tijekom Dana predlagatelja 2019. godine, program teži hibridnom pristupu koji spaja kvantne uređaje srednje veličine s klasičnim sustavima. Ova strategija je usmjerena na rješavanje posebno izazovnih problema iz područja kombinatorne optimizacije.
Početkom 2020. godine, DARPA je dodijelila ugovor vrijedan 6,3 milijuna dolara tvrtki ColdQuanta, specijaliziranoj za kvantno računalstvo i sa sjedištem u Coloradu, za vođenje projekta ONISQ. U studenom 2023. godine, ColdQuanta je prošao proces rebrandinga postavši Infleqtion, s pomakom fokusa na komercijalne proizvode kvantnog računalstva.
Nedavni napredak u kvantnom računalstvu, prema DARPA-i, rezultat je zajedničkog rada istraživačkih timova s Harvarda, MIT-a, QuEra Computinga, Caltecha i Princetona. Istraživački tim predvodio je su-direktor Harvard Quantum Initiative i profesor fizike, dr. Mikhail Lukin.
Tim ONISQ-a, u sklopu svojih istraživanja, fokusirao se na Rydbergove kubite – vrstu fizičkih, no nelogičkih kubita. Razvili su tehnike za stvaranje logičkih kubita, koji su sposobni ispravljati pogreške iz ovih “bučnih” Rydbergovih kubita, što je ključno za ostvarenje kvantnog računalstva otpornog na greške. Logički kubiti su važni jer zadržavaju svoje kvantno stanje unatoč prisutnim pogreškama, čineći ih pouzdanim za rješavanje složenih problema.
Harvardski laboratorij je uspješno izgradio kvantne sklopove sastavljene od oko 48 Rydbergovih logičkih kubita, što predstavlja najveći skup logičkih kubita do danas. Homogena priroda Rydbergovih kubita, gdje se svaki kubit ponaša identično, predstavlja značajnu prednost u odnosu na druge vrste kubita, poput supravodljivih kubita koji su jedinstveni i nezamjenjivi. Ova homogenost olakšava skaliranje i omogućuje jednostavnu manipulaciju u kvantnom krugu pomoću lasera.
Dr. Mukund Vengalattore, voditelj programa ONISQ pri DARPA-inom Uredu za obrambene znanosti, istaknuo je transformativni potencijal ovog otkrića. Naglasio je da Rydbergovi kubiti imaju prednost homogenosti u svojim svojstvima, gdje se svaki kubit ne razlikuje od drugog u načinu na koji se ponaša, što nije slučaj s drugim platformama poput supravodljivih kubita gdje je svaki kubit jedinstven i nezamjenjiv. Ova izjava, izdana od strane DARPA-e, ukazuje na značajan napredak u razvoju kvantnih računalnih tehnologija.
Dr. Mukund Vengalattore istaknuo je da Rydbergovi kubiti imaju sposobnost dinamičke rekonfiguracije i transporta kroz kvantni krug pomoću laserskih pinceta. Ova značajka omogućuje operacije koje nisu ograničene na sekvencijalne procese, otvarajući nove pristupe u dizajniranju skalabilnih kvantnih računalnih procesora.
Dr. Guido Zuccarello, tehnički savjetnik za program ONISQ, pohvalio je istraživački pristup DARPA-e koji je igrao ključnu ulogu u otključavanju potencijala Rydbergovih kubita u kvantnom računalstvu. Prema njegovim riječima, prije tri godine nitko ne bi povjerovao u mogućnost da Rydbergovi neutralni atomi mogu funkcionirati kao logički kubiti. Naglasio je da je istraživački program ONISQ pružio znanstvenicima slobodu istraživanja jedinstvenih i novih aplikacija Rydbergovih kubita, izvan fokusa na optimizaciju.
Kao rezultat toga, tim s Harvarda uspio je iskoristiti puno više potencijala Rydbergovih kubita i pretvoriti ih u logične kubite. Iako je za rješavanje problema predviđenih za kvantna računala potrebno znatno više od 48 logičkih kubita, istraživači ističu da ovo revolucionarno otkriće otvara put prema izgradnji velikih logičkih procesora.
Ovaj proboj dovodi u pitanje tradicionalno uvjerenje da su milijuni fizičkih kubita neophodni za kvantno računalstvo otporno na greške. Zbog dinamički rekonfigurabilnih kvantnih krugova, broj logičkih kubita potrebnih za rješavanje specifičnih problema mogao bi biti znatno manji nego što se ranije mislilo.
DARPA je svoju ubrzanu primjenu Rydbergovih tehnika kvantnog senzora pripisala gotovo dvadesetogodišnjem predanom istraživanju u kvantnoj sferi te naporima u premošćivanju jaza između kvantnog senzora i kvantne informacijske znanosti. Ova dugotrajna predanost kvantnom istraživanju doprinijela je značajnom napretku u ovom području.
Dr. Vengalattore je istaknuo da su istraživači ONISQ-a imali priliku koristiti se “bogatom alatnom kutijom kvantnog znanja” razvijenom kroz brojne programe DARPA-e. Ova alatna kutija obuhvaća temeljne i tehničke uvide iz različitih programa, uključujući Optical Lattice Emulator (OLE), Quantum-Assisted Sensing and Readout (QuASAR), All Together Now (ATN) i Driven and Nonequilibrium Quantum Systems (DRINQS). Svaki od ovih programa pružio je ključne uvide i tehnološke inovacije koje su doprinijele napretku kvantnog računalstva.
Tehnički detalji otkrića tima s Harvarda detaljno su opisani u radu objavljenom u prestižnom znanstvenom časopisu Nature. Ovaj rad pruža uvid u budućnost kvantnog računalstva i potencijalne smjerove razvoja tehnologije.
Kvantno računalstvo, s obzirom na svoj potencijal i revolucionarne mogućnosti, predstoji izazvati duboke promjene u svijetu slične onima koje je donio internet. Ova tehnologija obećava transformaciju u mnogim područjima, uključujući obradu podataka, kriptografiju, materijalnu znanost i mnoge druge, potencijalno mijenjajući temelje kako razumijemo i koristimo računalnu tehnologiju.
Tehnološki napredak u kvantnom računalstvu obećava promjenu paradigme u procesorskoj snazi i učinkovitosti. Korištenjem prednosti kvantno-mehaničkih fenomena, ovaj skok u tehnologiji redefinira pristup rješavanju složenih problema u različitim područjima, uključujući kriptografiju, znanost o materijalima, i mnoge druge. Ova evolucija procesorske tehnologije ne samo da obećava brže i učinkovitije izračune, već i otvara vrata potpuno novim metodama pristupa i rješavanja problema koji su trenutno izvan dosega klasičnih računala.
Stručnjaci predviđaju da će utjecaj kvantnog računalstva prožeti gotovo sve aspekte društva, potencijalno transformirajući industrije, gospodarstva i svakodnevni život. Ovo nije samo pitanje poboljšanja postojećih tehnologija; kvantno računalstvo predstavlja temeljnu promjenu u načinu na koji obrađujemo i koristimo informacije. Ovaj razvoj označava početak nove ere u ljudskom tehnološkom napretku, s potencijalom za duboke i dalekosežne promjene.
Dr. Vengalattore, u komentiranju ovog nedavnog otkrića, naglašava da se ne radi samo o kraju puta, već o još jednom koraku prema ostvarenju kvantnog računalstva kao stvarnosti. “Koliko god ovi rezultati bili uzbudljivi i transformativni, ovo vidimo kao odskočnu dasku prema dugoročnijoj viziji ostvarivanja razornih putova do kvantnog računalstva s ispravljenim pogreškama i drugih područja kvantne tehnologije.” Ovaj pristup naglašava kontinuiranu posvećenost istraživanju i razvoju u kvantnoj tehnologiji, sa ciljem postizanja još većih dostignuća i širenja granica onoga što je moguće u ovom uzbudljivom polju.
