Ky procesor i ri kuantik është bërë nga drita

Ekspertët janë ende të paqartë se cili material do të bëjë kompjuterin kuantik më të mirë, por një kandidat i panjohur po fiton tërheqje: drita infra të kuqe. Në fillim të këtij muaji, kompania fillestare e kompjuterave kuantike Xanadu, me qendër në Toronto, Kanada, vendosi dy nga të ashtuquajturat kompjuterë kuantikë fotonik në cloud – pajisjet e para të disponueshme komerciale të llojit të tyre.

Kompjuterët e Xanadu-së përbëhen secili nga një çip silikoni rreth madhësisë së një miniaturë, me 8 dhe 12 rreze lazeri infra të kuqe që shkëlqejnë mbi to, respektivisht. Për të ekzekutuar një algoritëm, kompjuteri kukullon me kujdes rrezet për të reflektuar, kombinuar dhe ndërvepruar në një mënyrë të kontrolluar. Ju mund të mendoni për çipin si një lloj numëratori, ku çipi zgjidh problemet matematikore duke manipuluar rrezet lazer në vend të rruazave prej druri. Për të bërë aritmetikë në një numërator, ju lëvizni rruazat sipas një sërë rregullash dhe numëroni numrin që rezulton i rruazave në çdo rresht për të marrë përgjigjen. Në mënyrë të ngjashme, në kompjuterin kuantik të Xanadu, ju ndërveproni me secilën rreze drite dhe gjeni përgjigjen për problemin tuaj duke numëruar numrin rezultues të fotoneve në secilën rreze. Por ndryshe nga rruazat, këto fotone ndjekin rregullat e mekanikës kuantike, duke mundësuar matematikë shumë më komplekse se sa mbledhja dhe zbritja. Ekspertët e informatikës kuantike mendojnë se këto pajisje duhet të jenë në gjendje të zgjidhin disa probleme matematikore të lidhura me biznesin më shpejt se kompjuterët konvencionalë, megjithëse ata ende nuk i kanë demonstruar përfundimisht këto pretendime.

Aktualisht, materiali nga i cili është bërë një kompjuter kuantik paracakton se për çfarë është e mirë ajo makinë. Ashtu siç është më e lehtë të ndërtosh struktura në formë kuti me Lego dhe bloza amorfe me Play-Doh, një kompjuter kuantik i bërë nga drita mund të zgjidhë disa probleme matematikore më lehtë në krahasim me një kompjuter kuantik të bërë nga qarqe superpërcjellëse (si ai i Google) dhe anasjelltas. “Grupi i problemeve që mund të zgjidhni në renë tonë është fjalë për fjalë i ndryshëm nga kushdo tjetër,” tha CEO i Xanadu, Christian Weedbrook, i cili është një fizikant i trajnuar.

Studiuesit që punojnë në Xanadu kanë identifikuar raste të ndryshme përdorimi në biznes dhe kimi, ku kompjuterët kuantikë mund të ofrojnë më shumë aftësi sesa llogaritjet konvencionale. Për shembull, pajisjet e tyre duhet të jenë në gjendje të zgjidhin raste aktualisht të pazgjidhshme të të ashtuquajturit problemi më i dendur nëngrafik, ku përdoruesi po përpiqet të identifikojë se cila nyje në një rrjet ka më shumë lidhje. “Mund ta mendoni si gjetjen e ndikuesit më të madh në një rrjet të mediave sociale,” tha Weedbrook. Duke lënë mënjanë selfiet dhe hashtags, problemi më i dendur i nëngrafit ka gjithashtu aplikime në biologji dhe mjekësi, ku, për shembull, studiuesit po përpiqen të kuptojnë sesi rrjetet e ndërlikuara të proteinave ndërveprojnë në trupin e njeriut. Weedbrook tha se Xanadu synon të demonstrojë avantazhin kuantik të pajisjeve të tij në një aplikacion biznesi vitin e ardhshëm.

Çdokush mund të aplikojë për kohë në kompjuter, megjithëse Xanadu u jep përparësi studiuesve në laboratorët qeveritarë, korporatat shumëkombëshe dhe institucionet me shumë përdorues. Mbi 250 njerëz kanë aplikuar tashmë për të përdorur pajisjet e Xanadu, sipas Weedbrook. Pasi të miratohet, një përdorues merr një shenjë dixhitale për t’u lidhur me kompjuterin nëpërmjet platformës softuerike të Xanadu, Strawberry Fields, ku ata mund të ekzekutojnë kodin e bazuar në Python në pajisjen kuantike nga distanca.

Dizajni i harduerit të Xanadu ofron përfitime të tjera. Për shembull, është relativisht e thjeshtë të lidhësh kompjuterët e Xanadu duke përdorur fibra optike konvencionale, sepse ata përdorin dritën infra të kuqe, njësoj si infrastrukturën ekzistuese të telekomit. Kjo mund të thjeshtojë skemat kuantike të internetit, të propozuara për të paktën një dekadë nga tani, për lidhjen e shumë pajisjeve kuantike në mbarë botën. Për më tepër, kompjuterët kuantikë fotonik teorikisht duhet të jenë në gjendje të funksionojnë në temperaturën e dhomës, megjithëse aktualisht Xanadu ende duhet të ftohë në mënyrë kriogjenike numëruesin e fotoneve.

Megjithatë, për shkak të kufizimeve të harduerit, makina e Xanadu aktualisht është e pajisur për të ekzekutuar vetëm një grup specifik algoritmesh, tha fizikanti Giulia Ferrini nga Universiteti i Teknologjisë Chalmers në Suedi, i cili hulumton algoritme për kompjuterët kuantikë fotonik dhe nuk është i lidhur me Xanadu. Qëllimi përfundimtar për industrinë e informatikës kuantike është të ndërtojë një të ashtuquajtur kompjuter kuantik universal, i cili mund të zgjidhë një klasë të gjerë problemesh. Kompjuteri i Xanadu “është hapi i parë”, tha ajo.

Për shkak se përdor dritën, kompjuteri i Xanadu shfrytëzon vetitë kuantike të fotoneve të dallueshme nga kompjuterët kuantikë të tjerë të disponueshëm në treg. Për shembull, kompjuteri shfrytëzon parimin e pasigurisë së Heisenberg, i cili thotë se natyra është në thelb e pasaktë, në një mënyrë unike. Nëse matni saktë shpejtësinë e një fotoni, atëherë ju sakrifikoni saktësinë në njohjen e vendndodhjes së tij, për shembull. Për të kryer llogaritjet e saj, një pajisje Xanadu kontrollon cilat veti të dritës janë të pasigurta, një teknikë e njohur si “shtrydhja”. Përveç kësaj, çuditshmëria mekanike kuantike është gjithashtu e dukshme kur kompjuteri numëron fotonet në secilën rreze lazer. Përpara se kompjuteri të numërojë fotonet, numri i grimcave në rreze është i papërcaktuar—drita në fakt përmban një mbivendosje prej 1, 10 dhe 20 fotonesh, për shembull. Ashtu si macja e Shrodingerit, e cila është e gjallë ose e vdekur vetëm kur e shikoni, numri i fotoneve në rreze vendoset vetëm kur i numëroni.

Dizajni i Xanadu është në kontrast me të gjithë kompjuterët e tjerë kuantikë të disponueshëm në treg, të cilët bazohen në të ashtuquajturën arkitekturë qubit ose bit kuantik. Në ndryshim nga një bit klasik, i cili përfaqëson informacionin si 1 ose 0, një bit kuantik është një mbivendosje e 1 dhe 0, si një monedhë që rrokulliset në ajër nuk është as koka as bisht, por njëfarë probabiliteti i të dyjave. Por kompjuteri i Xanadu nuk përdor fare 1 dhe 0. Në vend të kësaj, ai përdor vetitë e dritës – intensitetin dhe kohën kur një rreze lëshohet për herë të parë – që mund të marrë çdo vlerë.

Për të qëndruar në përputhje me zhargonin në pjesën tjetër të industrisë, Xanadu i referohet çdo rreze drite në çipin e saj si një kubit, por teknikisht ato nuk janë fare kubit. Në zhargonin e llogaritjes kuantike, çdo rreze drite quhet “qumode”, shkurt për “modalitet kuantik”, ku “mode” është një fjalë e zbukuruar për dritën, vetitë e së cilës në formë valësh shfaqin modele të specifikuara. Një dizajn i tillë njihet si një arkitekturë me variabël të vazhdueshëm.

Pajisjet e Xanadu shënojnë debutimin e një mënyre të re për të bërë matematikë duke përdorur mekanikën kuantike. “Unë mendoj se ky kompjuter kuantik do të ngjall interes të mëtejshëm në komunitetin më të gjerë të teknologjisë kuantike drejt këtyre arkitekturave me variabël të vazhdueshëm,” tha Ferrini. Pajisjet e Xanadu mund t’u japin legjitimitet studiuesve të tjerë, të cilët po përpiqen të ndërtojnë kompjuterë kuantikë me ndryshueshmëri të vazhdueshme duke përdorur rrezatim mikrovalë në vend të dritës infra të kuqe.

Xanadu po kërkon nga klientët e saj për të kuptuar se çfarë roli mund të luajnë këta kompjuterë në të ardhmen. Studiuesit në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge, për shembull, kanë blerë akses në pajisjet e Xanadu në mënyrë që të dizajnojnë gjeneratën e ardhshme të superkompjuterëve. Ata mendojnë se superkompjuterët e ardhshëm mund të përmbajnë një çip kompjuterik kuantik – një “QPU” ose njësi përpunimi kuantik – që i dedikohet kryerjes së shpejtë të detyrave të specializuara, tha shkencëtari i kompjuterave kuantike të Oak Ridge, Travis Humble. Në përpjekjet e tyre për të dizajnuar një QPU, Oak Ridge ka blerë gjithashtu akses në kompjuterë të tjerë kuantikë komercialë, të tillë si pajisje të prodhuara nga IBM, D-Wave, Rigetti – “aq sa të kemi në dorë”, tha Humble.