128 kubitów bez próżni i ciekłego helu. Komputery kwantowe wchodzą pod strzechy

Komputery kwantowe od lat można rozpoznać jeszcze przed sprawdzeniem, co właściwie potrafią. Wystarczy spojrzeć na zdjęcie. Zamiast niepozornego procesora umieszczonego w serwerze widzimy zwykle ogromną instalację przypominającą złoty żyrandol, plątaninę przewodów, kolejne osłony termiczne i aparaturę zajmującą znaczną część laboratorium. SAXON Q udowadnia jednak, że przyszłość jest już tutaj i ma znacznie przyjaźniejszą formę.

Niemcy chcą wyjąć komputer kwantowy z laboratorium

Niemiecka firma SAXON Q rozpoczęła przyjmowanie zamówień na SXQ128, czyli komputer kwantowy oparty na 128 kubitach wykorzystujących centra azotowo-wakancyjne w syntetycznym diamencie. Sprzęt ma pracować w temperaturze od 18 do 27°C, nie potrzebuje lodówki rozcieńczalnikowej, ciekłego helu ani komory próżniowej, a jego infrastruktura ma mieścić się w standardowej szafie serwerowej. Pierwsze egzemplarze powinny trafić do klientów w ciągu trzech miesięcy. Równocześnie firma pokazała SXQ512. Model z 512 kubitami można wprawdzie zamawiać z wyprzedzeniem, ale jego dostawy mają ruszyć dopiero w drugim kwartale 2027 roku.

Według SAXON Q są to pierwsze komercyjne komputery oparte na centrach NV w diamencie, które przekroczyły granicę dziesięciu kubitów. Jeszcze w 2025 roku standardowa oferta firmy obejmowała systemy 4- i 10-kubitowe, więc przeskok do 128 kubitów w jednej generacji wygląda wręcz niesamowicie. Najciekawsze jest jednak to, że wzrost nie został osiągnięty poprzez zbudowanie jednego ogromnego procesora.

SXQ128 wykorzystuje 16 rdzeni po 8 kubitów, a SXQ512 ma składać się z 32 rdzeni po 16 kubitów. Daje to odpowiednio 128 i 512 kubitów, ale nie oznacza automatycznie jednego, w pełni połączonego rejestru kwantowego o takiej wielkości. Firma mówi o systemie operacyjnym koordynującym obliczenia między wieloma rdzeniami, jednak nie opublikowała jeszcze pełnego zestawu danych dotyczących jakości operacji międzyrdzeniowych, topologii połączeń i wydajności całej maszyny w niezależnych testach.

Pisałem już o podobnym podejściu przy chińskim Hanyuan-2, który łączy dwa procesory oparte na neutralnych atomach . W komputerach klasycznych dokładanie rdzeni jest dziś czymś oczywistym, ale w świecie kwantowym podział procesora może szybko stać się problemem. Jeśli dwa fragmenty maszyny nie potrafią sprawnie wykonywać wspólnych operacji, to łączna liczba kubitów zaczyna przypominać sumowanie mocy kilku komputerów stojących obok siebie.

Kubity powstały z celowo uszkodzonego diamentu

Diamentowy procesor SAXON Q nie wykorzystuje zwykłych kryształów znanych z pierścionków. Podstawą działania są mikroskopijne defekty w strukturze syntetycznego diamentu. Jeden atom węgla zostaje zastąpiony atomem azotu, a obok pozostawia się puste miejsce po kolejnym atomie węgla. Tak powstaje centrum NV, czyli nitrogen-vacancy center . Wokół takiego defektu można kontrolować stan spinu elektronu, inicjalizować go światłem, manipulować impulsami mikrofalowymi i odczytywać poprzez charakterystyczną fluorescencję. Dodatkowymi kubitami mogą stać się spiny pobliskich jąder atomowych. Właśnie z tego bierze się wielokubitowa konstrukcja pojedynczego rdzenia, gdzie jedno centrum NV pełni rolę głównego elementu sterującego, a otaczające je jądra tworzą kolejne nośniki informacji kwantowej.

Największą zaletą jest odporność takiego układu na temperaturę otoczenia. Diament izoluje defekt od części drgań sieci krystalicznej, dzięki czemu stany spinowe mogą być kontrolowane bez schładzania całego komputera do temperatury oddalonej o ułamek stopnia od zera absolutnego. Sama idea nie jest nowa. Centra NV od lat wykorzystuje się w badaniach nad obliczeniami, czujnikami magnetycznymi i pamięcią kwantową, a możliwość ich pracy w temperaturze pokojowej została wielokrotnie pokazana eksperymentalnie.

Nowością ma być tutaj skala produkcji. Typowe wszczepianie atomów azotu do diamentu nie jest szczególnie skuteczne, bo tylko niewielka część implantowanych atomów tworzy później użyteczne centra NV. SAXON Q twierdzi, że dzięki współimplantowaniu siarki zwiększyło uzysk do ponad 85 procent. Dla porównania wcześniejsze badania naukowe wskazywały wyniki sięgające około 75 procent, podczas gdy klasyczne metody potrafiły zatrzymywać się na poziomie kilku procent.

99,92 procent wierności brzmi fenomenalnie

SAXON Q deklaruje wierność operacji sięgającą 99,92 procent. Oznacza to średnio mniej niż jeden błąd na tysiąc wykonanych operacji, co nie tylko brzmi jak bardzo dobry wynik, ale rzeczywiście nim jest, a to zwłaszcza w systemie działającym w temperaturze pokojowej. Problem w tym, że algorytm kwantowy nie kończy się po jednej bramce. Jeżeli przyjmiemy skrajnie uproszczony model, w którym tysiąc kolejnych operacji ma niezależnie po 99,92 procent szans na wykonanie się bez błędu, to prawdopodobieństwo przejścia przez cały taki ciąg bez pomyłki wynosi około 45 procent. Naturalnie błędy kwantowe mają różne źródła, charakter i znaczenie, ale rachunek dobrze pokazuje, dlaczego trzy dziewiątki po przecinku nie rozwiązują automatycznie problemu niezawodnych obliczeń.

Firma przyznaje zresztą, że korekcja błędów oraz kubity logiczne pozostają częścią dalszego planu rozwoju. Obecne SXQ128 i SXQ512 są więc maszynami wykorzystującymi kubity fizyczne, a nie odpornymi na błędy komputerami kwantowymi, które mogłyby wykonywać dowolnie długie algorytmy bez narastającej degradacji wyniku. Dlatego liczby kubitów różnych producentów trudno porównywać bez wiedzy o jakości bramek, czasie koherencji, sposobie połączenia oraz liczbie operacji potrzebnych do wykonania konkretnego zadania.

W świecie klasycznych procesorów od dawna przestaliśmy oceniać komputer wyłącznie na podstawie liczby tranzystorów, a kwanty powoli muszą przejść przez tę samą lekcję. Widać to również przy kolejkowaniu wielu programów na jednym 64-kubitowym procesorze . Niewykorzystane kubity nie wykonują magicznie dodatkowej pracy, a źle dopasowany algorytm nie stanie się użyteczny tylko dlatego, że trafił na większy układ.

Komputer w szafie serwerowej zamiast całego laboratorium

Największa przewaga SXQ128 może nie mieć nic wspólnego z bezwzględną wydajnością. Firma projektuje system jako moduł, który można zainstalować w zwykłym centrum danych, podłączyć do standardowego zasilania 230 V i obsługiwać poprzez Qiskit, OpenQASM lub własny język bramek. Zamiast budować osobny budynek wokół komputera, organizacja miałaby dołożyć kolejny element do istniejącej infrastruktury. Właśnie tutaj widzę największy powód do ostrożnego optymizmu. Historia komputerów nie została napędzona wyłącznie przez coraz szybsze procesory. Równie ważna była standaryzacja. Maszyny zeszły z całych sal do szaf, z szaf na biurka, a później do kieszeni, bo przestały potrzebować osobnego otoczenia i ludzi obsługujących każdą pojedynczą operację.

SAXON Q twierdzi również, że jej systemy mają zużywać od sześciu do dziesięciu razy mniej energii niż klastry GPU wykonujące porównywalne zadania. Jednocześnie firma nie przedstawiła publicznie pełnej metodologii, konkretnych konfiguracji GPU, zestawu algorytmów ani definicji równoważnego obciążenia. Bez takich danych wartość wygląda ciekawie, ale nie pozwala jeszcze policzyć, czy w danym zastosowaniu kwantowa maszyna rzeczywiście oszczędzi energię.

Przyszłość nie musi wyglądać jak złoty żyrandol

Komputer działający w temperaturze pokojowej nie oznacza oczywiście, że za kilka lat postawimy kwantowy procesor obok karty graficznej. SXQ128 nadal wykorzystuje układy optyczne, elektronikę mikrofalową, precyzyjne sterowanie i środowisko, które musi mieścić się w określonym zakresie temperatur. Różnica polega na tym, że wszystkie te elementy mają trafić do jednej szafy, zamiast zmuszać właściciela do budowania infrastruktury kriogenicznej wokół procesora.

Czy SXQ128 jest już komputerem kwantowym, który wygra z najlepszymi klastrami GPU? Nie wiemy. Czy 512 kubitów planowanych na 2027 rok zapewni przewagę w zadaniach przemysłowych? Tym bardziej nie. W obecnej zapowiedzi brakuje niezależnych testów, szczegółów komunikacji między rdzeniami i wyników z rzeczywistych zastosowań. Jednocześnie trudno zignorować urządzenie, które łączy 128 fizycznych kubitów, pracę w temperaturze pokojowej, standardową szafę serwerową i termin dostawy liczony w miesiącach.

Komputery kwantowe od dekad miały zmienić świat. SAXON Q próbuje najpierw zrobić coś bardziej przyziemnego – sprawić, żeby zaczęły wyglądać jak komputery i właśnie ten krok może okazać się ważniejszy od kolejnego rekordu kubitów.

Źródła: SAXON Q

Czytaj cały artykuł u źródła — Chip.pl