Deze nieuwe startup heeft een recordbrekende kwantumcomputer van 256 qubit gebouwd

mevrouw Tech | Ik wilde Computing / Harvard

Eindelijk hebben natuurkundigen van Harvard en MIT de geweldige toepassing voor kwantumcomputing gevonden: een Mario Bros. GIF gemaakt van qubits. De qubits (kwantumbits) kunnen ook worden gerangschikt in een Space Invaders-ontwerp, of Tetris, of een andere vorm - uw geometrische wens is het bevel van de qubits.

De GIF's werden aangeboden door QuEra Computing, een startup uit Boston die uit stealth komt, om te pronken met de programmeerbaarheid van hun 256-qubit kwantumsimulator - een speciale kwantumcomputer die is gebouwd voor het oplossen van bepaalde soorten problemen.

De QuEra-machine is de nieuwste stap in het opschalen van quantum computing om het krachtiger te maken en praktische problemen aan te pakken. Meer qubits betekent dat er meer informatie kan worden opgeslagen en verwerkt, en onderzoekers die de technologie ontwikkelen, hebben de lat steeds hoger gelegd.

Verwant verhaal

Quantum suprematie van Google? Niet zo snel, zegt IBM. De rivaliserende maker van kwantumcomputers betwist de veelgeroemde bewering dat Google een nieuwe mijlpaal heeft bereikt.

In 2019 kondigde Google aan dat zijn 53-qubit-machine de kwantumsuprematie had bereikt - door een taak uit te voeren die niet kan worden beheerd door een conventionele computer - maar IBM betwistte de claim. Hetzelfde jaar, IBM lanceerde zijn 53-bits kwantumcomputer . in 2020, IonQ onthulde een 32-qubit-systeem dat volgens het bedrijf de krachtigste kwantumcomputer ter wereld was. En net deze week lanceerde IBM zijn nieuwe 127-qubit kwantumprocessor, die in het persbericht werd beschreven als een klein wonder van ontwerp. Het grote nieuws, vanuit mijn perspectief, is dat het werkt, zegt Jay Gambetta, IBM's vice-president van quantum computing.

Nu beweert QuEra een apparaat te hebben gemaakt met veel meer qubits dan al die rivalen.

Het uiteindelijke doel van kwantumcomputing is natuurlijk niet om Tetris te spelen, maar om beter te presteren dan klassieke computers bij het oplossen van praktische problemen. Liefhebbers denken dat wanneer deze computers krachtig genoeg worden, misschien over een decennium of twee, ze transformatieve effecten kunnen hebben op gebieden als geneeskunde en financiën, neurowetenschappen en AI. Quantummachines zullen waarschijnlijk duizenden qubits nodig hebben om dergelijke complexe problemen te beheren.

Het aantal qubits is echter niet de enige factor die ertoe doet.

QuEra prijst ook de verbeterde programmeerbaarheid van zijn apparaat, waarin elke qubit een enkel, ultrakoud atoom is. Deze atomen zijn nauwkeurig gerangschikt met een reeks lasers (natuurkundigen noemen ze optische pincetten). Door de qubits te positioneren, kan de machine worden geprogrammeerd, afgestemd op het probleem dat wordt onderzocht en zelfs in realtime opnieuw worden geconfigureerd tijdens het berekeningsproces.

Verschillende problemen zullen vereisen dat de atomen in verschillende configuraties worden geplaatst, zegt Alex Keesling, CEO van QuEra en mede-uitvinder van de technologie. Een van de unieke dingen aan onze machine is dat we elke keer dat we hem een ​​paar keer per seconde gebruiken, de geometrie en de connectiviteit van de qubits volledig opnieuw kunnen definiëren.

Het atoomvoordeel:

De machine van QuEra is gebouwd op basis van een blauwdruk en technologieën die gedurende meerdere jaren zijn verfijnd, onder leiding van Mikhail Lukin en Markus Greiner van Harvard en Vladan Vuletić en Dirk Englund van MIT (allemaal in het oprichtingsteam van QuEra). In 2017 werd alleen een eerder model van het apparaat van de Harvard-groep gebruikt 51 qubits ; in 2020 toonden ze de 256-qubit-machine . Binnen twee jaar verwacht het QuEra-team de 1.000 qubits te bereiken, en dan hopen ze, zonder veel aan het platform te veranderen, het systeem verder op te schalen dan honderdduizenden qubits.

Mario gemaakt van qubits.

AHMED OMRAN/QUERA/HARVARD

Het is het unieke platform van QuEra - de fysieke manier waarop het systeem is samengesteld en de methode waarmee informatie wordt gecodeerd en verwerkt - dat dergelijke schaalsprongen mogelijk moet maken.

Terwijl de kwantumcomputersystemen van Google en IBM supergeleidende qubits gebruiken en IonQ ingesloten ionen, gebruikt het platform van QuEra arrays van neutrale atomen die qubits produceren met een indrukwekkende coherentie (dat wil zeggen, een hoge mate van kwantumheid). De machine maakt gebruik van laserpulsen om de atomen te laten interageren, waardoor ze worden opgewonden tot een energietoestand - een Rydberg-toestand, beschreven in 1888 door de Zweedse natuurkundige Johannes Rydberg - waarin ze kwantumlogica op een robuuste manier en met hoge betrouwbaarheid kunnen uitvoeren. Deze Rydberg-benadering naar kwantumcomputer er is een paar decennia aan gewerkt, maar technologische vooruitgang, bijvoorbeeld met lasers en fotonica, was nodig om het betrouwbaar te laten werken.

Irrationeel uitbundig

Toen de computerwetenschapper Umesh Vazirani, directeur van het Berkeley Quantum Computation Center, voor het eerst hoorde over Lukins onderzoek langs deze lijnen, voelde hij zich irrationeel uitbundig - het leek een geweldige benadering, hoewel Vazirani zich afvroeg of zijn intuïties in contact stonden met de realiteit. We hebben verschillende goed ontwikkelde paden gehad, zoals supergeleiders en ionenvallen, waar lang aan is gewerkt, zegt hij. Moeten we niet nadenken over verschillende regelingen? Hij nam contact op met John Preskill, een natuurkundige aan het California Institute of Technology en de directeur van het Institute for Quantum Information and Matter, die Vazirani verzekerde dat zijn uitbundigheid gerechtvaardigd was.

Preskill vindt Rydberg-platforms (niet alleen QuEra's) interessant omdat ze sterk op elkaar inwerkende qubits produceren die sterk verstrengeld zijn - en dat is waar de kwantummagie is, zegt hij. Ik ben behoorlijk enthousiast over het potentieel op relatief korte tijdschaal om onverwachte dingen te ontdekken.

Naast simuleren en begrijpen kwantummaterialen en dynamiek - wat Lukin de eerste voorbeelden noemt van bruikbaar kwantumvoordeel met wetenschappelijke toepassingen - werken de onderzoekers ook aan kwantumalgoritmen voor het oplossen van computationele optimalisatieproblemen die NP-compleet (dat wil zeggen, heel moeilijk).

Een van de investeerders van QuEra is Rakuten, een Japans bedrijf voor internetdiensten, e-commerce en fintech, dat geïnteresseerd is in het verkennen van het probleem van het optimaliseren van antennelocaties voor 4G- en 5G-mobiele diensten. De technologie is ook veelbelovend voor het oplossen van veel optimalisatieproblemen, van leveringsrouting, aandelenportfolio, zoekmachines tot aanbevelingen, zegt Takuya Kitagawa, Chief Data Officer van Rakuten. De droom is groot.

Preskill is echter niet bijzonder optimistisch dat de machine van QuEra beter zal presteren dan klassieke algoritmen voor optimalisatieproblemen. Hij is degene die de term kwantumsuprematie heeft bedacht (beschrijft het punt waarop kwantumcomputers dingen kunnen doen die klassieke computers niet kunnen), en hij merkt op: we hebben geen sterke theoretische argumenten dat we kwantumvoordeel in optimalisatie zullen zien tijd snel. Maar het is zeker het onderzoeken waard.

En Preskill is enthousiast over het plan van QuEra om zijn platform breed toegankelijk te maken voor onderzoek en ontwikkeling. Het hebben van een grotere gemeenschap van mensen die voor de gek houden en met de machines spelen, zegt hij, zal helpen om erachter te komen waar ze goed in zijn. Hopelijk zullen ze hun tijd niet besteden aan het spelen van Tetris en Space Invaders.

zich verstoppen