Amazon Web Services zaprezentował pierwszy prototypowy procesor kwantowy Ocelot, wykorzystujący przełomową technologię „kocich kubitów” do radykalnej redukcji błędów obliczeniowych. Inżynierowie firmy twierdzą, że ich rozwiązanie może zmniejszyć koszty korekcji błędów nawet o 90% i skrócić czas budowy praktycznego komputera kwantowego o pół dekady.
Kot Schrödingera w sercu kwantowej rewolucji
Kluczem do sukcesu Ocelota okazało się wykorzystanie kubitów kotowych (cat qubits) – koncepcji inspirowanej słynnym eksperymentem myślowym z kotem Schrödingera. W przeciwieństwie do tradycyjnych kubitów nadprzewodzących stosowanych przez IBM czy Google, te nowe jednostki kwantowe przechowują informację w postaci superpozycji makroskopowych stanów fotonów w mikrofalowych rezonatorach.
Każdy z pięciu głównych kubitów kotowych w Ocelocie to wykonana z tantalu nanostruktura zdolna przechowywać do czterech fotonów jednocześnie. Czas życia informacji przed błędem typu bit-flip sięga niemal pełnej sekundy – to trzy rzędy wielkości więcej niż w konkurencyjnych rozwiązaniach. Pozostałe cztery transmonowe kubity pełnią rolę strażników, nieustannie monitorując i korygując błędy fazowe.
Bosonowa korekcja błędów – przełom w skalowalności
Architektura Ocelota wprowadza nowe podejście do problemu korekcji błędów, łącząc wrodzoną odporność kubitów kotowych na błędy bit-flip z zewnętrznym kodem powtórzeniowym do walki z błędami fazowymi. Dzięki tej hybrydowej strategii, do stworzenia pojedynczego logicznego kubitu wystarczy zaledwie 9 fizycznych jednostek – podczas gdy tradycyjne metody wymagają ich setek.
„Wykazaliśmy, że zwiększając liczbę fotonów w oscylatorze, możemy wykładniczo tłumić błędy bez konieczności dodawania kolejnych kubitów” – wyjaśniają badacze z AWS. W praktyce oznacza to, że przyszły komputer kwantowy oparty na tej technologii mógłby osiągnąć przełomową moc obliczeniową przy użyciu zaledwie 100 000 fizycznych kubitów, zamiast wcześniej szacowanego miliona.
Wyścig gigantów technologicznych wkracza w nową fazę
Prezentacja Ocelota stanowi strategiczną odpowiedź Amazona na ostatnie osiągnięcia Microsoftu (chip Majorana) i Google (Willow). Choć aktualny prototyp ma jedynie 9 kubitów i ograniczone możliwości obliczeniowe, zastosowana architektura wykazuje unikalne cechy skalowalności.
90% mniejszy narzut sprzętowy na korekcję błędów
Możliwość integracji z istniejącymi technologiami produkcji półprzewodników
Liniowe skalowanie wydajności wraz ze zwiększaniem liczby fotonów
W przeciwieństwie do Google’owskich kubitów transmonowych, które wymagają skomplikowanych układów korekcyjnych, rozwiązanie AWS minimalizuje liczbę elementów poprzez wbudowaną ochronę przed najczęstszym typem błędów.
Od teorii do praktyki – kalifornijski hub innowacji
Projekt Ocelota jest owocem czteroletniej współpracy pomiędzy inżynierami AWS a naukowcami z California Institute of Technology. Zespół pod kierownictwem Oskara Paintera musiał pokonać szereg wyzwań technologicznych, w tym opracować nowe metody osadzania tantalu na podłożu krzemowym z minimalną liczbą defektów atomowych.
„W 2021 roku traktowaliśmy to jako poboczny projekt. Dziś kubity kotowe są naszym głównym kierunkiem badań” – przyznaje Painter. Obecnie zespół pracuje nad zwiększeniem liczby kubitów na chipie oraz opracowaniem metod łączenia wielu układów w większe struktury.
Kwantowa przyszłość w chmurze
AWS zapowiada, że przyszłe generacje procesorów kwantowych opartych na architekturze Ocelota będą dostępne dla programistów przez platformę Amazon Braket. To strategiczny ruch w wyścigu o dominację w kwantowych chmurach obliczeniowych, gdzie Microsoft i IBM już oferują dostęp do swoich prototypowych systemów.
Eksperci szacują, że praktyczne zastosowania nowej technologii mogą pojawić się w ciągu najbliższych 5-7 lat, rewolucjonizując takie dziedziny jak:
– Projektowanie nowych materiałów bateryjnych
– Symulacje molekularne dla farmacji
– Zaawansowane metody kryptograficzne
– Optymalizacja łańcuchów dostaw
Wyzwania na drodze do komercjalizacji
Mimo obiecujących wyników, droga do pełnej komercjalizacji technologii wciąż jest długa. Głównym wyzwaniem pozostaje integracja setek kubitów kotowych w spójny system o wysokiej niezawodności. Inżynierowie muszą także rozwiązać problemy z:
– Zarządzaniem okablowaniem w skali masowej
– Utrzymaniem stabilności kwantowej przy wyższych temperaturach
– Automatyzacją procesów kalibracji układów
Niemniej, przełomowe osiągnięcia zespołu AWS otwierają nowy rozdział w kwantowym wyścigu, dowodząc że praktyczne komputery kwantowe mogą stać się rzeczywistością szybciej, niż się tego spodziewano.
