Перший у світі модульний квантовий комп’ютер

Науковці з компанії Xanadu зробили прорив у сфері квантових обчислень, запустивши в роботу перший у світі модульний фотонний квантовий комп’ютер, що отримав назву Aurora. Ця система, яка нещодавно стала доступною онлайн, знаменує собою важливий крок до створення масштабованих квантових обчислень, здатних працювати в мережному середовищі без необхідності екстремального охолодження. Aurora використовує світло для обробки даних, відкриваючи нові можливості для квантових технологій, які раніше стикалися з проблемами масштабування, помилкостійкості та корекції помилок. Про це йдеться у дослідженні, опублікованому 22 січня в журналі Nature.

Традиційні квантові комп’ютери, що базуються на надпровідних кубітах, уже давно демонструють потенціал для обробки величезних обсягів даних із неймовірною швидкістю. Однак ці кубіти, які використовують мікрохвильові сигнали для роботи, генерують тепло, що може пошкоджувати апаратне забезпечення. Щоб уникнути цього, сучасні квантові системи потребують охолодження до температур, близьких до абсолютного нуля (–273,15°C). Такі умови не лише ускладнюють доступ до машин, але й призводять до зносу обладнання, що робить їх менш практичними для широкого використання. Aurora, натомість, пропонує альтернативний підхід, використовуючи фотонні кубіти — квантові біти, які базуються на світлі.

На відміну від надпровідних аналогів, фотонні кубіти не потребують наднизьких температур, що дозволяє системі працювати при кімнатній температурі. Ключовою особливістю Aurora є її модульна архітектура. Замість того, щоб створювати один великий квантовий комп’ютер, який складно контролювати через накопичення помилок, розробники розбили систему на кілька менших модулів. Ці модулі з’єднані між собою за допомогою оптоволоконних кабелів загальною довжиною 13 кілометрів (8 миль). Такий підхід не лише полегшує масштабування, але й підвищує стійкість до помилок, адже кожен модуль можна оптимізувати окремо.

Крістіан Відбрук, засновник і генеральний директор Xanadu, у своїй заяві підкреслив, що два основні виклики для квантових обчислень — це підвищення продуктивності (шляхом покращення корекції помилок і стійкості до збоїв) та масштабування (через створення мережного з’єднання). Aurora вирішує ці проблеми, використовуючи фотонні чипи, які природно інтегруються в глобальну мережеву інфраструктуру завдяки оптоволокну. «Фотоніка — це найкращий і найбільш природний спосіб як для обчислень, так і для створення мереж», — зазначили дослідники. За їхніми словами, нова система теоретично може масштабуватися до тисяч серверних стійок і мільйонів кубітів, що відкриває двері до створення справжніх квантових дата-центрів.

Розробники Aurora стверджують, що поділ квантового комп’ютера на менші компоненти може значно покращити корекцію помилок. «Фундаментальна проблема помилкостійкості полягає в тому, щоб знайти способи виправляти квантові стани швидше, ніж виникають помилки. Це ключ до виконання корисних обчислень», — пояснив Дарран Мілн, доктор квантової інформаційної теорії та генеральний директор компанії VividQ, який не брав участі в проєкті. Він додав, що підхід Xanadu, який полягає в розподілі системи на простіші модулі, може спростити процес корекції помилок, хоча ще належить з’ясувати, чи не призведе це до множення помилок замість їхнього зменшення.

Технологічна основа Aurora базується на попередніх розробках Xanadu — апаратному забезпеченні X8 і односерверному квантовому комп’ютері Borealis. Система включає 35 фотонних чипів, об’єднаних мережею оптоволокна. Така конструкція не лише підвищує ефективність, але й відкриває нові горизонти для практичного застосування квантових технологій. Наприклад, Aurora може бути використана для моделювання молекул і прогнозування результатів фармацевтичних випробувань, що потенційно усуває потребу в тривалих клінічних дослідженнях ліків. Крім того, фотонні квантові комп’ютери можуть стати основою для надзахищених комунікацій, відомих як квантова криптографія, завдяки своїй здатності передавати дані через оптоволокно з мінімальними втратами.

Незважаючи на значний прогрес, перед командою Xanadu залишаються виклики. Одним із них є проблема ослаблення сигналів в оптоволоконних кабелях через оптичні втрати. Наступним етапом роботи дослідники називають вдосконалення системи для мінімізації цих втрат, що має підвищити її надійність і продуктивність.

Цей прорив уже викликав жваве обговорення серед науковців і технологів. Експерти вважають, що поява Aurora може прискорити перехід від теоретичних досліджень у сфері квантових обчислень до їхнього практичного впровадження. У перспективі такі системи можуть стати основою для квантового інтернету, де дані передаватимуться через стандартні оптоволоконні кабелі з використанням квантових принципів. Усе це свідчить про те, що ми стоїмо на порозі нової ери в технологіях, де квантові комп’ютери стануть невід’ємною частиною нашого життя.