IBM: Οι νέοι «κβαντικοί ψυγειοκαταψύκτες» είναι 180 φορές πιο κρύοι από το Διάστημα
Το νέο αρθρωτό σύστημα κρυογενικής της IBM φτάνει τους 10 millikelvin και σχεδιάστηκε για να συνδέει εκατοντάδες κβαντικά τσιπ
Snapshot
- Η Ελλάδα έχει εξελιχθεί σε κορυφαίο προορισμό υπερπολυτελούς τουρισμού, προσελκύοντας επισκέπτες με πολύ υψηλή αγοραστική δύναμη που αναζητούν ιδιωτικότητα και εξατομικευμένες υπηρεσίες.
- Οι υπερπολυτελείς βίλες μισθώνονται σε τιμές που φτάνουν έως και 25.000 ευρώ ανά διανυκτέρευση, κυρίως από επιχειρηματίες, επενδυτές, καλλιτέχνες και μέλη βασιλικών οικογενειών.
- Οι επισκέπτες επιλέγουν αυτές τις βίλες για απόλυτη ιδιωτικότητα, υψηλή ασφάλεια, ευρύχωρους χώρους, ιδιωτικές πισίνες και εξατομικευμένες υπηρεσίες όπως προσωπικό σεφ και concierge.
- Η μέση διάρκεια διαμονής κυμαίνεται από 7 έως 14 ημέρες, με ορισμένους επισκέπτες να συνδυάζουν πολλούς ελληνικούς προορισμούς σε ένα ταξίδι.
- Ο τουρισμός υπερπολυτελείας συμβάλλει σημαντικά στην τοπική οικονομία μέσω δαπανών για μεταφορές, γαστρονομία, ψυχαγωγία και αγορές πολυτελών ειδών πέραν του κόστους διαμονής.
Η IBM (International Business Machines Corporation) παρουσίασε ένα νέο αρθρωτό σύστημα κρυογενικής, το οποίο μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες σχεδόν μηδενικές και, σύμφωνα με την εταιρεία, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα από τα σημαντικότερα βήματα προς την ανάπτυξη ενός πραγματικά ανθεκτικού στα σφάλματα κβαντικού υπολογιστή.
Οι λεγόμενοι «κβαντικοί ψυγειοκαταψύκτες» της IBM μπορούν να φτάσουν σε θερμοκρασίες μόλις 10 millikelvin, δηλαδή περίπου -273,14 βαθμούς Κελσίου ή -459,65 βαθμούς Φαρενάιτ. Πρόκειται για θερμοκρασία πάνω από 180 φορές χαμηλότερη από εκείνη του βαθέος Διαστήματος, πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν, τη χαμηλότερη θεωρητικά δυνατή θερμοκρασία.
Η IBM υποστηρίζει ότι η νέα τεχνολογία μπορεί να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζει σήμερα η κβαντική υπολογιστική: την υποδομή που απαιτείται για τη σύνδεση και την ψύξη μεγάλου αριθμού κβαντικών επεξεργαστών.
Ο στόχος των 100 εκατομμυρίων κβαντικών πράξεων
Η εταιρεία σχεδιάζει να αξιοποιήσει τη νέα αρχιτεκτονική για την ανάπτυξη του Starling, ενός κβαντικού υπολογιστή που φιλοδοξεί να μπορεί να πραγματοποιεί 100 εκατομμύρια κβαντικές πράξεις σε μία συνεδρία έως το 2029.
Η επίτευξη της λεγόμενης fault tolerance, δηλαδή της λειτουργίας ενός κβαντικού υπολογιστή με αποτελεσματική διόρθωση σφαλμάτων, θα μπορούσε να επιτρέψει στους επιστήμονες να πραγματοποιούν υπολογισμούς που σήμερα βρίσκονται πέρα από τις δυνατότητες των σύγχρονων υπερυπολογιστών.
Οι εφαρμογές θα μπορούσαν να αφορούν, μεταξύ άλλων, τη χημεία, την επιστήμη των υλικών και τη θεωρητική φυσική, χωρίς οι υπολογισμοί να καταρρέουν εξαιτίας του μεγάλου αριθμού σφαλμάτων.
Πώς λειτουργούν τα «κβαντικά ψυγεία»
Κάθε νέα μονάδα της IBM έχει ύψος και πλάτος περίπου 8 πόδια, δηλαδή 2,4 μέτρα, ενώ διαθέτει εσωτερική χωρητικότητα περίπου 9 κυβικών ποδιών ή 0,25 κυβικών μέτρων.
Η εμφάνισή της θυμίζει ένα μεγάλο οικιακό ψυγείο, όμως στο εσωτερικό της φιλοξενεί τον εξαιρετικά ευαίσθητο εξοπλισμό που απαιτείται για τη λειτουργία των υπεραγώγιμων κβαντικών επεξεργαστών.
Τα κβαντικά bits, ή qubits, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στον θόρυβο και στις εξωτερικές παρεμβολές. Για να μπορέσουν να αξιοποιήσουν τις κβαντομηχανικές ιδιότητες των υπεραγώγιμων μετάλλων, πρέπει να λειτουργούν σε θερμοκρασίες κάτω από 15 millikelvin στην αρχιτεκτονική της IBM.
Η θερμότητα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και άλλες εξωτερικές επιδράσεις μπορούν να προκαλέσουν σφάλματα και να καταστρέψουν τους υπολογισμούς.
Το νέο σύστημα μπορεί να μεγαλώσει σταδιακά
Το σημαντικό στοιχείο της νέας τεχνολογίας είναι ότι δεν πρόκειται για ένα ενιαίο τεράστιο κρυογενικό σύστημα.
Αντίθετα, η IBM δημιούργησε ξεχωριστές αρθρωτές μονάδες, καθεμία από τις οποίες μπορεί να φιλοξενεί περιορισμένο αριθμό κβαντικών τσιπ. Οι μονάδες μπορούν στη συνέχεια να συνδέονται μεταξύ τους, ώστε οι επιμέρους κβαντικοί επεξεργαστές να λειτουργούν ως ένα μεγαλύτερο σύστημα.
Σύμφωνα με την IBM, πρόκειται για την πρώτη φορά που έχει αποδειχθεί η διασύνδεση κβαντικών επεξεργαστών που βρίσκονται σε διαφορετικές κρυογενικές μονάδες.
Η αρθρωτή προσέγγιση έχει ένα ακόμη πλεονέκτημα: οι μηχανικοί μπορούν να επεκτείνουν σταδιακά ένα σύστημα χωρίς να χρειάζεται να κατασκευάσουν μία τεράστια εγκατάσταση που θα λειτουργεί εξ ολοκλήρου σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Οι «L-couplers» που ενώνουν τα κβαντικά τσιπ
Κλειδί για τη σύνδεση των διαφορετικών μονάδων είναι οι λεγόμενοι L-couplers, υπεραγώγιμα καλώδια από αλουμίνιο που μπορούν να έχουν μήκος περίπου 1 μέτρο.
Στα σημερινά κβαντικά συστήματα, οι κβαντικές πράξεις μεταξύ qubits πραγματοποιούνται συνήθως μέσω couplers που βρίσκονται πάνω στο ίδιο τσιπ.
Οι L-couplers επιτρέπουν να πραγματοποιείται αντίστοιχη λειτουργία σε μεγαλύτερη απόσταση, μέσω ενός υπεραγώγιμου καλωδίου.
Όπως εξήγησε ο Oliver Dial, αντιπρόεδρος Quantum Operations της IBM, η δυνατότητα αυτή αποτελεί τη βάση για την αρθρωτή αρχιτεκτονική που αναπτύσσει η εταιρεία.
Πάνω από τέσσερις ημέρες για να φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας
Για να επιτευχθούν αυτές οι ακραίες θερμοκρασίες, οι μηχανικοί χρησιμοποιούν κρυογενικό εξοπλισμό τρίτων κατασκευαστών, με συμπιεστές κρυογονικού ηλίου και εμπορικούς κινητήρες ψύξης dilution refrigeration.
Η θερμική προστασία επιτυγχάνεται με περιβλήματα κενού, ειδικά παρεμβύσματα για την αντιμετώπιση ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και πολλαπλά στρώματα θερμικής μόνωσης από Mylar.
Οι μονάδες χρειάζονται περισσότερες από τέσσερις ημέρες για να φτάσουν περίπου στους 4 Κ, δηλαδή στους -269,15 βαθμούς Κελσίου. Η τελική ψύξη μέχρι τις θερμοκρασίες κάτω των 15 millikelvin πραγματοποιείται στη συνέχεια.
Το σχέδιο της IBM μέχρι το 2029
Η IBM σκοπεύει να αρχίσει να αναπτύσσει τη νέα αρθρωτή κρυογενική αρχιτεκτονική από το 2027.
Τα πρώτα συστήματα αναμένεται να αποτελούνται από δύο έως τρεις μονάδες, υποστηρίζοντας συνολικά περίπου 1.000 qubits. Ο τελικός στόχος είναι το Starling, το οποίο σύμφωνα με την IBM θα διαθέτει 10.000 φυσικά qubits οργανωμένα σε 200 λογικά qubits και θα μπορεί να φτάσει τις 100 εκατομμύρια κβαντικές πράξεις έως το 2029.
Ωστόσο, υπάρχει ακόμη σημαντική δουλειά μέχρι να επιτευχθεί αυτός ο στόχος. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι δύο κρυογενικές μονάδες μπορούν να συνδεθούν και να ψυχθούν ταυτόχρονα στις απαιτούμενες θερμοκρασίες. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με απλές λειτουργίες πυλών στον επεξεργαστή Flamingo, χωρίς να έχουν ακόμη πραγματοποιηθεί σύνθετες κβαντικές πράξεις μεταξύ των μονάδων.
Η IBM σχεδιάζει να εγκαταστήσει τις νεότερης γενιάς Nighthawk επεξεργαστές της στις μονάδες.
«Δεν υπάρχει μία μόνο μεγάλη ανακάλυψη»
Ο Jerry Chow, Chief Technology Officer του quantum-centric supercomputing της IBM, τόνισε ότι η επίτευξη fault tolerance δεν εξαρτάται από μία και μοναδική τεχνολογική ανακάλυψη.
Όπως εξήγησε, πρόκειται για τη συνδυασμένη εξέλιξη χιλιάδων μικρότερων τεχνικών βελτιώσεων, από τους επεξεργαστές και το λογισμικό μέχρι τα συστήματα ελέγχου, την υποδομή και τη διόρθωση σφαλμάτων. Η νέα κρυογενική τεχνολογία αποτελεί, επομένως, ένα ακόμη κομμάτι αυτής της προσπάθειας.
Δεν είναι μόνο η IBM στη «μάχη»
Τα κβαντικά εργαστήρια χρησιμοποιούν ήδη διαφορετικά, αυτόνομα συστήματα κρυογενικής, ενώ παράλληλα αναπτύσσονται κβαντικοί υπολογιστές που δεν βασίζονται στην ψύξη σε θερμοκρασίες σχεδόν απόλυτου μηδενός.
Υπάρχουν, για παράδειγμα, συστήματα που χρησιμοποιούν φωτόνια, δηλαδή σωματίδια φωτός, ως qubits, αλλά και προσεγγίσεις που αξιοποιούν τεχνητά κατασκευασμένα διαμάντια.
Η IBM, πάντως, έχει θέσει ως στόχο να παρουσιάσει το 2029 το Starling ως τον πρώτο fault-tolerant κβαντικό υπολογιστή στον κόσμο.
Το αν θα είναι τελικά η πρώτη εταιρεία που θα το πετύχει παραμένει ανοιχτό, καθώς και άλλες εταιρείες του κλάδου εργάζονται ήδη πάνω στην ίδια μεγάλη πρόκληση της κβαντικής υπολογιστικής.
