Ένας κβαντικός υπολογιστής κατασκευασμένος από εξαιρετικά ψυχρά άτομα μπορεί να διορθώνει τα δικά του σφάλματα κατά τη διάρκεια μεγάλων υπολογισμών, κάτι που θεωρείται βασική προϋπόθεση για να γίνει πραγματικά χρήσιμος.
Του Karmela Padavic-Callaghan
Ορισμένα από τα οπτικά εξαρτήματα που χρησιμοποιεί ο κβαντικός υπολογιστής της Atom Computing.
Ο ανταγωνισμός για την κατασκευή του πρώτου πραγματικά χρήσιμου κβαντικού υπολογιστή μόλις έγινε πιο ενδιαφέρων. Ένας κβαντικός υπολογιστής με εξαιρετικά ψυχρά άτομα πέρασε πλέον ορισμένα από τα σημαντικότερα ορόσημα προς αυτή την κατεύθυνση, μπαίνοντας σε ένα μικρό γκρουπ μηχανών με αντίστοιχες δυνατότητες και προοπτικές.
Παρότι υπάρχει ευρεία συμφωνία ότι αρκετά ισχυροί κβαντικοί υπολογιστές θα άλλαζαν ριζικά την ικανότητά μας να ανακαλύπτουμε νέα υλικά και φάρμακα, αλλά και να σπάζουμε την κρυπτογράφηση που στηρίζει το διαδίκτυο, υπάρχουν πολλές ανταγωνιστικές ιδέες για το πώς πρέπει να κατασκευαστούν. Μεγάλες εταιρείες του χώρου, όπως η Google και η IBM, έχουν περάσει μια δεκαετία αναπτύσσοντας κβαντικούς υπολογιστές από μικροσκοπικά υπεραγώγιμα κυκλώματα, και αυτή τη στιγμή αυτή η προσέγγιση προηγείται.
Ωστόσο, μια εναλλακτική μέθοδος που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά ουδέτερα υπερψυχρά άτομα κερδίζει πρόσφατα έδαφος. Ο Ben Bloom στην Atom Computing και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν έναν λεγόμενο κβαντικό υπολογιστή με ουδέτερα άτομα, ο οποίος μπορεί να εντοπίζει και να διορθώνει επανειλημμένα τα δικά του σφάλματα, κάτι που είναι κρίσιμη προϋπόθεση για να γίνει χρήσιμος.
«Η ημέρα που οι κβαντικοί υπολογιστές θα σπάσουν το διαδίκτυο»
«Αυτό είναι ένα μεγάλο σημάδι για το τι μπορείς να κάνεις σε ένα σύστημα ουδέτερων ατόμων», λέει. «Οι διαφορές μεταξύ των [πειραμάτων] που κάναμε πριν ήταν μεγάλα άλματα, αλλά τώρα πρόκειται απλώς για το να το φτιάξουμε καλύτερο, γρηγορότερο και φθηνότερο.»
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη διόρθωση σφαλμάτων, δηλαδή στην ικανότητα του κβαντικού υπολογιστή να αναγνωρίζει ότι έκανε υπολογιστικό λάθος και να απορρίπτει και να επανεκκινεί τον υπολογισμό. Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι διαβόητα ευάλωτοι σε σφάλματα και η διόρθωσή τους αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην πορεία προς τη χρησιμότητα.
Η διόρθωση σφαλμάτων περιλαμβάνει τη διάχυση της πληροφορίας σε πολλά κβαντικά bits, τα οποία ονομάζονται qubits. Κάποια από αυτά τα qubits χρησιμοποιούνται στη συνέχεια ως σύστημα ειδοποίησης όταν έχει συμβεί σφάλμα, ώστε να μπορεί να διορθωθεί.
Η ομάδα της Atom Computing έδειξε ότι μπορούσε να αυξήσει το μέγεθος των ομάδων qubits για διόρθωση σφαλμάτων, από ομάδες των 16 σε ομάδες των 32, χωρίς να εισαγάγει πρόσθετα σφάλματα. Μάλιστα, τα ποσοστά σφάλματος ήταν χαμηλότερα στη μεγαλύτερη ομαδοποίηση qubits. Αυτό είναι σημαντικό, επειδή η αύξηση του αριθμού των qubits σε έναν κβαντικό υπολογιστή είναι τελικά αυτό που τον κάνει πιο ισχυρό.
Το 2023, ερευνητές της Google αύξησαν ταυτόχρονα τον αριθμό των qubits και μείωσαν το ποσοστό σφαλμάτων σε έναν υπεραγώγιμο κβαντικό υπολογιστή, όπως έκανε και μια ομάδα στο University of Science and Technology of China το 2025. Επίσης το 2025, ομάδα ερευνητών του Harvard University έδειξε το ίδιο για έναν ακόμη κβαντικό υπολογιστή με ουδέτερα άτομα. Ο Bloom λέει ότι αυτό που ξεχωρίζει στο νέο πείραμα είναι πως η ομάδα μπορούσε να κρατά τον κβαντικό υπολογιστή σε λειτουργία και να ελέγχει για σφάλματα, παρακολουθώντας αυτά τα qubits-σύστημα ειδοποίησης, έως και 90 φορές στη σειρά. «Ο στόχος ήταν πάντα… να τρέχει η διόρθωση σφαλμάτων επ’ άπειρον», λέει.
Η 50ετής προσπάθεια για τη δημιουργία ενός κβαντικού spin liquid ίσως φτάνει επιτέλους στο τέλος της
Η επίλυση βιομηχανικά χρήσιμων προβλημάτων θα απαιτήσει και πολλά qubits και υπολογισμούς που μπορούν να συνεχίζονται αξιόπιστα, και η ομάδα της Atom Computing υποστηρίζει ότι η νέα δουλειά δείχνει πως μπορούν να επιτευχθούν και τα δύο. «Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που συνδυάζει όλες τις δυνατότητες που χρειάζονται για να κατασκευαστεί ένας πραγματικός κβαντικός υπολογιστής με ουδέτερα άτομα σε ένα μόνο πείραμα», λέει ο Jeff Thompson από το Princeton University. Προσθέτει ότι αυτό απαιτούσε μια πειραματική επίδειξη υψηλού επιπέδου, αλλά ότι υπάρχει ακόμη περιθώριο βελτίωσης στα συνολικά ποσοστά σφαλμάτων και στην ταχύτητα του υπολογισμού.
Ο Mark Saffman από το University of Wisconsin-Madison λέει ότι πρόκειται για ένα ακόμη βήμα προς την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή με ουδέτερα άτομα που θα μπορούσε πραγματικά να λειτουργεί συνεχώς, όπως οι συμβατικοί υπολογιστές που μπορούν απλώς να συνεχίζουν να δουλεύουν. Ωστόσο, σημειώνει ότι καθώς ο κβαντικός υπολογιστής συνέχισε να λειτουργεί μέσα από αυτούς τους 90 γύρους ελέγχου σφαλμάτων, τελικά συσσωρεύτηκαν και κάποια πρόσθετα σφάλματα, κάτι που περιορίζει την προοπτική χρησιμότητάς του.
Ο Bloom λέει ότι εκείνος και οι συνεργάτες του ήδη εργάζονται για να αντιμετωπίσουν ορισμένα από τα σφάλματα και ότι είναι βέβαιος για την ικανότητα της ομάδας να βελτιώνει συνεχώς την απόδοση του κβαντικού υπολογιστή. Κατά την άποψή του, μαζί με τη δουλειά άλλων ερευνητικών ομάδων, η νέα μελέτη τοποθετεί τους κβαντικούς υπολογιστές με ουδέτερα άτομα ως ισχυρό ανταγωνιστή σε άλλες προσεγγίσεις, συμπεριλαμβανομένων των υπεραγώγιμων qubits.
«Αυτό που δείχνει αυτή η δουλειά είναι ότι πολλοί από τους φυσικούς μηχανισμούς που εμπόδιζαν τα ουδέτερα άτομα να είναι εξίσου εντυπωσιακά με τα υπεραγώγιμα qubits αρχίζουν να εξαφανίζονται», λέει ο Bloom. Ο Thompson έχει παρόμοια άποψη. «Περιμένω να ακολουθήσει ταχεία πρόοδος… σε ολόκληρο τον κλάδο», λέει.
