Japānas Shunkai: neitrālo atomu kvantu datora sākums

Kā ziņo Live Science, japāņu pētnieki ir iedarbinājuši Shunkai — pilna cikla neitrālo atomu kvantu datoru — un līdz 2031. gada martam plāno paplašināt sistēmu līdz 10 000 kubitu. Shunkai tiek dēvēts par Japānā pirmo šāda veida pilna cikla risinājumu, kas apvieno programmatūru, vadības slāņus un aparatūru, lai pieņemtu lietotāja ievadi un nodrošinātu rezultātus.

Pilna cikla arhitektūra paredzēta tam, lai ierīci varētu nekavējoties izmantot pētniecībā. Teorētiski integrētā programmatūra un vadības slāņi ļauj pētniekiem veikt eksperimentus un darbināt algoritmus, neveidojot atsevišķu vadības infrastruktūru. Shunkai komanda norāda, ka tuvāko gadu laikā piekļuve sistēmai tiks nodrošināta arī ārējiem lietotājiem un citiem pētniekiem.

Projekta vadītājs un Molekulāro zinātņu institūta fotomolekulāro zinātņu profesors Kenji Omori norādīja, ka pētnieku darbs ar Shunkai var būtiski ietekmēt industriju, akadēmisko vidi un valsts līmeņa procesus visā pasaulē. Izstrādes komanda plāno arī integrēt Shunkai esošā koplietojamā superdatoru centrā un izveidot hibrīdu skaitļošanas infrastruktūru, ko tā dēvē par kvantu-GPU centru.

Kā Shunkai iekļaujas mūsdienu kvantu tehnoloģijās

Kvantu datori darbojas saskaņā ar kvantu fizikas, nevis klasiskās loģikas likumiem. To pamatinformācijas vienības ir kubiti, kurus var veidot supravadītāju ķēdes, ieslodzīti joni vai fotoni. Kubiti var atrasties 1 stāvoklī, 0 stāvoklī vai abu stāvokļu superpozīcijā vienlaikus — īpašībā, uz kuras balstās kvantu skaitļošana.

Kubiti ir ļoti trausli. Nelieli apkārtējās vides traucējumi var tos destabilizēt vai iznīcināt tajos glabāto informāciju, tāpēc augstas precizitātes sasniegšana joprojām ir būtisks izaicinājums. Kļūdu līmenis kubitos tiek lēsts aptuveni viena kļūda uz tūkstoš operācijām, savukārt klasiskajiem bitiem tas parasti ir apmēram viena kļūda uz miljardu vai triljonu operāciju. Liela daļa pašreizējo pētījumu koncentrējas uz kvantu kļūdu korekciju, kas paredz informācijas kodēšanas redundanci vairākos kubitos, lai samazinātu risku, ka nelielas kļūdas iznīcina visu aprēķinu.

Nozarē valda vispārēja stratēģija vispirms izstrādāt kvalitatīvākus kubitus un pēc tam palielināt to skaitu sistēmā, lai kvantu iekārtas galu galā spētu konkurēt ar ātrākajiem klasiskajiem superdatoriem.

Shunkai, kas nosaukts par godu 17. gadsimta japāņu astronomam Harumi Šibukavam, cenšas risināt daļu šo ierobežojumu, par kubitiem izmantojot neitrālos atomus, nevis īpaši zemā temperatūrā darbināmas supravadītāju ķēdes. Neitrālos atomus uztver un notur ar optiskajām pincetēm — tehnoloģiju, kas ar cieši fokusētiem lāzera stariem sakārto un manipulē ar atsevišķiem atomiem.