Βασίζεται σε μια νέα αρχιτεκτονική που υπόσχεται μεγαλύτερη ακρίβεια υπολογισμών.
Φυσικοί της νεοφυούς εταιρείας Silicon Quantum Computing στο Σίδνεϊ κατασκεύασαν αυτό που όπως λένε είναι το μεγαλύτερης ακρίβειας τσιπ κβαντικού υπολογισμού που έχει κατασκευαστεί ποτέ αφού πρώτα ανέπτυξαν ένα νέο είδος αρχιτεκτονικής. Οι φυσικοί αναφέρουν ότι τα ατομικά κβαντικά τσιπ πυριτίου που ανέπτυξαν τους δίνουν πλεονέκτημα έναντι άλλων τύπων κβαντικών μονάδων επεξεργασίας.
Αυτό οφείλεται στο ότι τα τσιπ βασίζονται σε μια νέα αρχιτεκτονική, που ονομάζεται «14/15», η οποία τοποθετεί άτομα φωσφόρου μέσα στο πυρίτιο, ονομασία που προέρχεται από το γεγονός ότι ο φώσφορος και το πυρίτιο είναι το 14ο και το 15ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Η SQC πέτυχε ποσοστά πιστότητας από 99,5 έως 99,99 τοις εκατό σε έναν κβαντικό υπολογιστή με εννέα πυρηνικά qubits και δύο ατομικά qubits, καταγράφοντας την πρώτη παγκοσμίως επίδειξη ατομικού κβαντικού υπολογισμού με βάση το πυρίτιο σε ξεχωριστά συμπλέγματα.
Τα ποσοστά πιστότητας μετρούν το πόσο καλά λειτουργούν οι τεχνικές διόρθωσης και μετριασμού σφαλμάτων. Εκπρόσωποι της εταιρείας λένε ότι έχουν επιτύχει ποσοστό σφαλμάτων αιχμής για τη δική τους αρχιτεκτονική.
Αυτό μπορεί να μην ακούγεται τόσο εντυπωσιακό όσο οι κβαντικοί υπολογιστές με χιλιάδες qubits, όμως η αρχιτεκτονική 14/15 είναι εξαιρετικά κλιμακώσιμη, όπως αναφέρουν οι επιστήμονες στη μελέτη. Προσθέτουν ότι η επίδειξη κορυφαίας πιστότητας σε πολλαπλά συμπλέγματα λειτουργεί ως απόδειξη της ιδέας για κάτι που, θεωρητικά, θα μπορούσε να οδηγήσει σε ανθεκτικές σε σφάλματα κβαντικές μονάδες επεξεργασίας με εκατομμύρια λειτουργικά qubits.
Το μυστικό συστατικό
Ο κβαντικός υπολογισμός βασίζεται στην ίδια αρχή με τον δυαδικό υπολογισμό, δηλαδή στη χρήση ενέργειας για την εκτέλεση υπολογισμών. Όμως, αντί να χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα για την αλλαγή διακοπτών, όπως στους παραδοσιακούς υπολογιστές, ο κβαντικός υπολογισμός περιλαμβάνει τη δημιουργία και τον χειρισμό qubits, του κβαντικού ισοδύναμου των bits ενός κλασικού υπολογιστή.
Τα qubits μπορούν να πάρουν πολλές μορφές. Επιστήμονες στη Google και την IBM αναπτύσσουν συστήματα με υπεραγώγιμα qubits που χρησιμοποιούν κυκλώματα με πύλες, ενώ ορισμένα εργαστήρια, όπως η PsiQuantum, έχουν αναπτύξει φωτονικά qubits, δηλαδή qubits που είναι σωματίδια φωτός. Άλλοι, όπως η IonQ, εργάζονται με παγιδευμένα ιόντα, συλλαμβάνοντας μεμονωμένα άτομα και κρατώντας τα σε μια διάταξη που ονομάζεται οπτικές λαβίδες λέιζερ.
Η γενική ιδέα είναι να χρησιμοποιηθεί η κβαντομηχανική για να χειριστεί κανείς κάτι εξαιρετικά μικρό με τέτοιο τρόπο ώστε να πραγματοποιεί χρήσιμους υπολογισμούς από τις πιθανές καταστάσεις του. Εκπρόσωποι της SQC λένε ότι η δική τους διαδικασία είναι μοναδική, καθώς οι κβαντικές μονάδες επεξεργασίας αναπτύσσονται με βάση την αρχιτεκτονική 14/15.
«Είναι το μικρότερο δυνατό μέγεθος χαρακτηριστικού σε ένα τσιπ πυριτίου», δήλωσε στο Live Science η διευθύνουσα σύμβουλος της SQC, Μισέλ Σίμονς. «Είναι 0,13 νανόμετρα και ουσιαστικά αντιστοιχεί στο μήκος δεσμού στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Είναι δύο τάξεις μεγέθους μικρότερο από αυτό που κάνει συνήθως η TSMC. Πρόκειται για μια εντυπωσιακή αύξηση στην ακρίβεια».
Αύξηση του αριθμού των qubits στο μέλλον
Για να επιτευχθεί η κλιμάκωση στον κβαντικό υπολογισμό κάθε πλατφόρμα πρέπει να ξεπεράσει ή να μετριάσει διαφορετικά εμπόδια. Ένα καθολικό εμπόδιο για όλες τις πλατφόρμες είναι η διόρθωση σφαλμάτων. Οι κβαντικοί υπολογισμοί πραγματοποιούνται σε εξαιρετικά εύθραυστα περιβάλλοντα, όπου τα qubits είναι ευαίσθητα σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, μεταβολές θερμοκρασίας και άλλα ερεθίσματα. Αυτό προκαλεί την κατάρρευση της υπέρθεσης πολλών qubits, με αποτέλεσμα να χάνονται οι κβαντικές πληροφορίες κατά τη διάρκεια των υπολογισμών.
Για να αντισταθμιστεί αυτό, οι περισσότερες πλατφόρμες αφιερώνουν έναν αριθμό qubits στη μείωση των σφαλμάτων. Λειτουργούν παρόμοια με τα bits ελέγχου ή ισοτιμίας σε ένα κλασικό δίκτυο. Όμως, όσο αυξάνεται ο αριθμός των qubits, αυξάνεται και ο αριθμός εκείνων που απαιτούνται για τη διόρθωση σφαλμάτων.
«Έχουμε μεγάλους χρόνους συνοχής των πυρηνικών σπιν και ελάχιστα από αυτά που ονομάζουμε σφάλματα αντιστροφής bit. Έτσι, οι κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων μας είναι πολύ πιο αποδοτικοί. Δεν χρειάζεται να διορθώνουμε τόσο σφάλματα bit flip όσο και φάσης» είπε η Σίμονς.
Σε άλλα κβαντικά συστήματα πυριτίου, τα σφάλματα αντιστροφής bit είναι πιο συχνά, επειδή τα qubits τείνουν να είναι λιγότερο σταθερά όταν χειρίζονται με μικρότερη ακρίβεια. Επειδή τα τσιπ της SQC είναι κατασκευασμένα με εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια, μπορούν να μετριάσουν ορισμένα σφάλματα που εμφανίζονται σε άλλες πλατφόρμες.
«Στην ουσία χρειάζεται να διορθώνουμε μόνο τα σφάλματα φάσης. Έτσι, οι κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων είναι πολύ μικρότεροι και, κατά συνέπεια, το συνολικό κόστος σε qubits μειώνεται δραστικά».
Η υπέρβαση του αλγορίθμου του Grover
Το πρότυπο για τον έλεγχο της πιστότητας σε ένα σύστημα κβαντικού υπολογισμού είναι μια διαδικασία που ονομάζεται αλγόριθμος του Grover. Σχεδιάστηκε το 1996 από τον επιστήμονα πληροφορικής Lov Grover για να δείξει αν ένας κβαντικός υπολογιστής μπορεί να παρουσιάσει πλεονέκτημα έναντι ενός κλασικού υπολογιστή σε μια συγκεκριμένη λειτουργία αναζήτησης.
Σήμερα χρησιμοποιείται ως διαγνωστικό εργαλείο για να διαπιστωθεί πόσο αποδοτικά λειτουργούν τα κβαντικά συστήματα. Αν ένα εργαστήριο μπορεί να επιτύχει ποσοστά πιστότητας της τάξης του 99 τοις εκατό και άνω, θεωρείται ότι έχει φτάσει σε κβαντικό υπολογισμό ανθεκτικό σε σφάλματα. Τον Φεβρουάριο του 2025, η SQC δημοσίευσε μελέτη στην οποία η ομάδα παρουσίασε ποσοστό πιστότητας 98,9 τοις εκατό στον αλγόριθμο του Grover με την αρχιτεκτονική 14/15.
Σε αυτόν τον τομέα, η SQC έχει ξεπεράσει εταιρείες όπως η IBM και η Google αν και εκείνες έχουν παρουσιάσει ανταγωνιστικά αποτελέσματα με δεκάδες ή και εκατοντάδες qubits, σε σύγκριση με τα τέσσερα qubits της SQC.
Η IBM η Google και άλλα μεγάλα εγχειρήματα εξακολουθούν να δοκιμάζουν και να εξελίσσουν τους δικούς τους οδικούς χάρτες. Καθώς όμως αυξάνουν τον αριθμό των qubits, αναγκάζονται να προσαρμόζουν τις τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων. Η διόρθωση σφαλμάτων έχει αποδειχθεί ένα από τα πιο δύσκολα εμπόδια. Ωστόσο, οι επιστήμονες της SQC λένε ότι η πλατφόρμα τους έχει τόσο χαμηλό ποσοστό σφαλμάτων, ώστε κατάφερε να σπάσει το ρεκόρ στον αλγόριθμο του Grover χωρίς να εφαρμόσει καμία διόρθωση σφαλμάτων πάνω στα qubits.
«Αν κοιτάξετε το αποτέλεσμα του Grover που παρουσιάσαμε στην αρχή της χρονιάς, έχουμε την υψηλότερη πιστότητα στο 98,87 τοις εκατό του θεωρητικού μέγιστου και, σε αυτό, δεν κάνουμε καμία διόρθωση σφαλμάτων» είπε η Σίμονς. Η ομάδα των φυσικών λέει ότι τα «συμπλέγματα» qubits που περιλαμβάνονται στο νέο σύστημα των 11 qubits μπορούν να κλιμακωθούν ώστε να αντιπροσωπεύουν εκατομμύρια qubits, αν και τα εμπόδια στις υποδομές ενδέχεται να επιβραδύνουν την πρόοδο.
«Προφανώς, καθώς προχωράμε προς μεγαλύτερα συστήματα, θα εφαρμόζουμε διόρθωση σφαλμάτων. Κάθε εταιρεία το κάνει αυτό. Όμως ο αριθμός των qubits που θα χρειαζόμαστε θα είναι πολύ μικρότερος. Κατά συνέπεια, το φυσικό σύστημα θα είναι μικρότερο και οι ενεργειακές απαιτήσεις χαμηλότερες» εξηγεί η Σίμονς.
