Noul calculator cuantic Helios a reușit să execute calcule matematice imposibil de realizat într-un timp sau cu un consum energetic rezonabil pe supercomputerele clasice actuale, marcând un moment important în evoluția procesării cuantice. Dezvoltat de compania Quantinuum, sistemul funcționează pe baza a 98 de qubiți, devenind cel mai mare calculator cu ioni captați construit vreodată. Progresul reprezintă o evoluție semnificativă față de generațiile anterioare ale companiei și aduce o nouă structură hardware și software menită să reducă erorile de calcul și să eficientizeze deplasarea datelor.
- Helios funcționează cu 98 de qubiți și folosește tehnologia ionilor captați, fiind cel mai mare dispozitiv de acest tip din lume.
- Sistemul integrează o intersecție în formă de X cu patru căi și un software dedicat pentru transportul fizic al ionilor.
- Aplicațiile practice comerciale vor necesita extinderea tehnologiei la sisteme de aproximativ un milion de qubiți.
De la 32 la 98 de qubiți: evoluția proiectului Quantinuum
Lansarea Helios vine în continuarea etapelor de dezvoltare parcurse de Quantinuum, o entitate ce își desfășoară activitatea în Cambridge (Marea Britanie) și Broomfield (Colorado, SUA). Compania a demonstrat în 2023 funcționarea unor mașini bazate pe 32 de qubiți, ajungând în 2025 la sisteme de 56 de qubiți, înainte de a atinge pragul actual de 98 de qubiți.
Spre deosebire de calculatoarele cuantice bazate pe qubiți supraconductori — unde unitățile de informație sunt fixe în spațiu și sunt acționate prin semnale electrice —, Helios folosește tehnologia ionilor captați. În acest caz, atomi încărcați electric sunt suspendați în spațiu cu ajutorul câmpurilor electromagnetice și sunt manevrați fizic pentru procesare.
O arhitectură inspirată din calculatoarele clasice
Structura operatională a Helios se bazează pe conceptul QCCD (quantum charge-coupled device), inventat în anul 2002. Această arhitectură separă zona de stocare a informației cuantice de cea de procesare, similar sistemelor clasice unde memoria de stocare este distinctă de unitatea centrală de procesare.
Geometria specifică a dispozitivului Helios seamănă cu o rozetă, având un inel destinat stocării și două canale laterale pentru procesare. Elementul central este o intersecție în formă de X cu patru căi. Ionii sunt transportați electric din memorie către zona de procesare, unde sunt acționați prin intermediul impulsurilor laser.
Intersecția X cu patru căi permite gestionarea simultană a mai multor sarcini, depășind limitările sistemelor QCCD anterioare care puteau deplasa datele doar în linie dreaptă sau în buclă.
Pentru a coordona această mișcare fizică complexă, sistemul utilizează un software numit Helios runtime, care calculează cele mai rapide trasee pentru vehicularea și procesarea datelor.
Reducerea erorilor și gestionarea semnalului
Abordarea bazată pe QCCD aduce trei avantaje tehnice majore în procesarea cuantică. În primul rând, porțile cuantice care acționează asupra anumitor qubiți nu afectează qubiții vecini, diminuând interferențele nedorite. În al doilea rând, sistemul permite măsurarea și resetarea qubiților chiar în timpul calculelor, ceea ce facilitează detectarea și corectarea erorilor în stadii incipiente.
În cele din urmă, flexibilitatea de a accesa și readuce qubiții din zone diferite ale memoriei permite conectarea unor qubiți îndepărtați, optimizând funcționarea circuitelor cuantice.
Spre era calculatoarelor cuantice tolerante la erori
Această evoluție arată că dispozitivul Helios și viitorii săi succesori pot depăși performanțele de calcul ale supercomputerelor clasice. Cu toate acestea, testele rulate până în prezent pe Helios au fost de tip benchmark aleatoriu, ceea ce înseamnă că utilitatea practică imediată rămâne limitată.
Aceasta implică faptul că, pentru ca calculatoarele cuantice să fie utilizate în industrie sau cercetare avansată, arhitectura actuală va trebui extinsă masiv. Estimările arată că vor fi necesare sisteme de ordinul unui milion de qubiți.
Spre comparație, cel mai lung calcul efectuat de Helios a însumat aproximativ 4.000 de operațiuni pe cei 98 de qubiți ai săi, în timp ce inițiative guvernamentale, precum Misiunea 1 din Strategia Națională Cuantică a Marii Britanii, își propun realizarea unui calculator cuantic tolerant la erori capabil să execute o mie de miliarde de operațiuni. Construirea unor astfel de sisteme va necesita conectarea a mii de dispozitive QCCD și depășirea unor provocări majore, cum ar fi gestionarea blocajelor de date în intersecțiile rețelei și viteza redusă de transport fizic al ionilor.
Ce părere aveți despre avansul tehnologiei cuantice? Credeți că aceste sisteme vor înlocui supercomputerele clasice în următorul deceniu? Așteptăm comentariile dumneavoastră mai jos.
