IBM synon të ndërtojë kompjuterin kuantik të parë në shkallë të gjerë me korrigjim gabimesh deri në vitin 2028

IBM njoftoi sot plane të detajuara për të ndërtuar një kompjuter kuantik të korrigjuar nga gabimet me aftësi llogaritëse dukshëm më të mëdha se makinat ekzistuese deri në vitin 2028. Ajo shpreson ta bëjë kompjuterin të disponueshëm për përdoruesit përmes “cloud”-it deri në vitin 2029.

Makina e propozuar, e quajtur Starling, do të përbëhet nga një rrjet modulesh, secili prej të cilëve përmban një grup çipash, të vendosur brenda një qendre të re të dhënash në Poughkeepsie, Nju Jork. “Ne kemi filluar tashmë ndërtimin e hapësirës”, thotë Jay Gambetta, nënkryetar i iniciativës kuantike të IBM.

IBM pretendon se Starling do të jetë një hap përpara në informatikën kuantike. Në veçanti, kompania synon që të jetë makina e parë në shkallë të gjerë që zbaton korrigjimin e gabimeve. Nëse Starling e arrin këtë, IBM do të ketë zgjidhur pengesën më të madhe teknike me të cilën përballet industria sot për të mposhtur konkurrentët, përfshirë Google, Amazon Web Services dhe startup-e më të vogla si QuEra me seli në Boston dhe PsiQuantum e Palo Alto, Kaliforni.

IBM, së bashku me pjesën tjetër të industrisë, ka vite pune përpara. Por Gambetta mendon se ka një avantazh sepse ka të gjitha blloqet ndërtuese për të ndërtuar aftësi korrigjimi gabimesh në një makinë në shkallë të gjerë. Kjo do të thotë përmirësime në gjithçka, nga zhvillimi i algoritmeve deri te paketimi i çipave. “Ne e kemi deshifruar kodin për korrigjimin e gabimeve kuantike dhe tani kemi kaluar nga shkenca në inxhinieri”, thotë ai.

Korrigjimi i gabimeve në një kompjuter kuantik ka qenë një sfidë inxhinierike, për shkak të mënyrës unike se si makinat përpunojnë numrat. Ndërsa kompjuterët klasikë kodojnë informacionin në formën e biteve, ose binarëve 1 dhe 0 , kompjuterët kuantikë përdorin në vend të tyre kubite, të cilat mund të përfaqësojnë “superpozicione” të të dy vlerave njëkohësisht. IBM ndërton kubite të bëra nga qarqe të vogla superpërçuese, të mbajtura afër zeros absolute, në një paraqitje të ndërlidhur në çipa. Kompani të tjera kanë ndërtuar kubite nga materiale të tjera, duke përfshirë atome neutrale, jone dhe fotone.

Kompjuterët kuantikë ndonjëherë bëjnë gabime, si p.sh. kur hardueri vepron në një kubit, por aksidentalisht ndryshon edhe një kubit fqinj që nuk duhet të përfshihet në llogaritje. Këto gabime shtohen me kalimin e kohës. Pa korrigjimin e gabimeve, kompjuterët kuantikë nuk mund të kryejnë me saktësi algoritmet komplekse që pritet të jenë burimi i vlerës së tyre shkencore ose tregtare, siç janë simulimet jashtëzakonisht të sakta të kimisë për zbulimin e materialeve dhe barnave të reja farmaceutike.

Por korrigjimi i gabimeve kërkon mbingarkesë të konsiderueshme të harduerit. Në vend që të kodojnë një njësi të vetme informacioni në një kubit të vetëm “fizik”, algoritmet e korrigjimit të gabimeve kodojnë një njësi informacioni në një konstelacion kubitësh fizikë, të referuar së bashku si një “kubit logjik”.

Aktualisht, studiuesit e informatikës kuantike po konkurrojnë për të zhvilluar skemën më të mirë të korrigjimit të gabimeve. Algoritmi i kodit sipërfaqësor të Google, ndërsa është efektiv në korrigjimin e gabimeve, kërkon rreth 100 kubit për të ruajtur një kubit të vetëm logjik në memorie. Kompjuteri kuantik Ocelot i AWS përdor një skemë më efikase të korrigjimit të gabimeve që kërkon nëntë kubit fizikë për kubit logjik në memorie. (Shpenzimet e tepërta janë më të larta për kubitët që kryejnë llogaritje për ruajtjen e të dhënave.) Algoritmi i korrigjimit të gabimeve i IBM , i njohur si një kod kontrolli pariteti me dendësi të ulët, do të bëjë të mundur përdorimin e 12 kubitëve fizikë për kubit logjik në memorie, një raport i krahasueshëm me atë të AWS.

Një karakteristikë dalluese e dizajnit të Starling do të jetë aftësia e tij e parashikuar për të diagnostikuar gabimet, të njohura si dekodim, në kohë reale. Dekodimi përfshin përcaktimin nëse një sinjal i matur nga kompjuteri kuantik korrespondon me një gabim. IBM ka zhvilluar një algoritëm dekodimi që mund të ekzekutohet shpejt nga një lloj çipi konvencional i njohur si FPGA. Ky punim forcon “besueshmërinë” e metodës së korrigjimit të gabimeve të IBM, thotë Neil Gillespie i startup-it të informatikës kuantike Riverlane me bazë në Mbretërinë e Bashkuar.

Megjithatë, skema të tjera të korrigjimit të gabimeve dhe dizajne harduerësh nuk janë ende jashtë loje. “Ende nuk është e qartë se cila do të jetë arkitektura fituese”, thotë Gillespie.

IBM synon që Starling të jetë në gjendje të kryejë detyra llogaritëse përtej aftësive të kompjuterëve klasikë. Starling do të ketë 200 kubit logjikë, të cilët do të ndërtohen duke përdorur çipat e kompanisë. Ai duhet të jetë në gjendje të kryejë 100 milionë operacione logjike radhazi me saktësi; kompjuterët kuantikë ekzistues mund ta bëjnë këtë vetëm për disa mijëra.

Sistemi do të demonstrojë korrigjimin e gabimeve në një shkallë shumë më të madhe se çdo gjë e bërë më parë, pohon Gambetta. Demonstrimet e mëparshme të korrigjimit të gabimeve, të tilla si ato të bëra nga Google dhe Amazon, përfshijnë një kubit të vetëm logjik, të ndërtuar nga një çip i vetëm. Gambetta i quan ato “eksperimente me pajisje”, duke thënë “Ato janë në shkallë të vogël”.

Megjithatë, është e paqartë nëse Starling do të jetë në gjendje të zgjidhë probleme praktike. Disa ekspertë mendojnë se nevojiten një miliard operacione logjike të korrigjuara nga gabimet për të ekzekutuar ndonjë algoritëm të dobishëm. Starling përfaqëson “një regjim interesant hap pas hapi”, thotë Wolfgang Pfaff, një fizikant në Universitetin e Illinois Urbana-Champaign. “Por nuk ka gjasa që kjo të gjenerojë vlerë ekonomike.” (Pfaff, i cili studion harduerin e informatikës kuantike, ka marrë fonde kërkimore nga IBM, por nuk është i përfshirë në Starling.)

Afati kohor për Starling duket i realizueshëm, sipas Pfaff. Dizajni është “i bazuar në realitetin eksperimental dhe inxhinierik”, thotë ai. “Ata kanë dalë me diçka që duket mjaft bindëse”. Por ndërtimi i një kompjuteri kuantik është i vështirë dhe është e mundur që IBM të hasë vonesa për shkak të ndërlikimeve teknike të paparashikuara. “Kjo është hera e parë që dikush po e bën këtë”, thotë ai për ndërtimin e një kompjuteri kuantik në shkallë të gjerë të korrigjuar nga gabimet.

Plani rrugor i IBM-it përfshin së pari ndërtimin e makinave më të vogla përpara Starling. Këtë vit, kompania planifikon të demonstrojë se informacioni i korrigjuar nga gabimet mund të ruhet në mënyrë të qëndrueshme në një çip të quajtur Loon. Vitin tjetër kompania do të ndërtojë Kookaburra-n, një modul që mund të ruajë informacion dhe të kryejë llogaritje. Deri në fund të vitit 2027, ajo planifikon të lidhë dy module të tipit Kookaburra së bashku në një kompjuter kuantik më të madh, Cockatoo. Pas demonstrimit me sukses të kësaj, hapi tjetër është të zgjerohet dhe të lidhet rreth 100 module për të krijuar Starling.

Kjo strategji, thotë Pfaff, pasqyron përqafimin e kohëve të fundit të industrisë të “modularitetit” kur shkallëzohen kompjuterët kuantikë – duke lidhur së bashku module të shumëfishta për të krijuar një kompjuter kuantik më të madh në vend që të vendosin kubitët në një çip të vetëm, siç bënë studiuesit në dizajnet e mëparshme.

IBM po shikon edhe përtej vitit 2029. Pas Starling, planifikon të ndërtojë një tjetër, Blue Jay. (“Më pëlqejnë zogjtë”, thotë Gambetta.) Blue Jay do të përmbajë 2000 kubite logjikë dhe pritet të jetë i aftë të kryejë një miliard operacione logjike.