IBM představila modulární kryosystém pro chlazení kvantových počítačů do roku 2029

Společnost IBM představila nový modulární kryogenní systém určený pro chlazení kvantových počítačů, který má firmě umožnit splnit ambiciózní cíl – dodat první fault-tolerantní kvantový počítač do roku 2029. Nové kvantové chladničky dosahují teplot kolem 10 milikelvinů, tedy přibližně -273,14 stupně Celsia. Pro srovnání, reliktní záření ve vesmíru má teplotu kolem 2,7 kelvinu, takže nový systém dokáže vzorky ochladit na hodnoty téměř 200krát nižší, než jaké panují v hlubokém vesmíru.

Kryogenní jednotky mají rozměry 2,4 metru na výšku a 2,4 metru na šířku, přičemž jejich vnitřní pracovní objem činí přibližně 0,25 metru krychlového. Modulární konstrukce umožňuje propojení stovek kvantových čipů v rámci jednoho systému, což je klíčový předpoklad pro budování výkonnějších kvantových počítačů, které budou schopné řešit úlohy nad rámec možností klasických superpočítačů.

Extrémně nízké teploty jsou u kvantových počítačů nezbytné, protože kvantové bity, takzvané qubity, jsou mimořádně citlivé na tepelný šum a jakékoli rušení z okolního prostředí. I nepatrné zvýšení teploty dokáže narušit křehké kvantové stavy, na nichž je výpočetní výkon těchto strojů založen. Proto se qubity musí udržovat téměř na absolutní nule.

Klíčovou součástí nového systému jsou také techniky kvantové korekce chyb, které umožňují opravovat šum a chyby v reálném čase. Právě spolehlivá korekce chyb je považována za jednu z hlavních překážek na cestě k fault-tolerantním kvantovým počítačům, tedy strojům schopným provádět dlouhé a složité výpočty bez toho, aby se hromadily chyby způsobené nedokonalostí hardwaru.

Pokud se IBM podaří dodržet stanovený harmonogram a fault-tolerantní kvantový počítač skutečně zprovoznit do roku 2029, mohlo by to znamenat zásadní posun pro celou řadu vědeckých oborů. Mezi oblasti, které by z tohoto pokroku mohly těžit, patří především chemie, materiálová věda a teoretická fyzika. Kvantové počítače by v těchto disciplínách mohly pomoci modelovat chování molekul a materiálů na úrovni, která je pro dnešní klasické počítače prakticky nedosažitelná, což by mohlo urychlit vývoj nových léků, katalyzátorů nebo materiálů s unikátními vlastnostmi.

Nový modulární přístup k chlazení zároveň řeší jeden z praktických problémů dosavadního vývoje kvantových počítačů, kterým je škálovatelnost. Zatímco dřívější kryogenní systémy byly často uzpůsobeny pro menší počet qubitů, modulární konstrukce umožňuje postupně přidávat další jednotky a propojovat větší množství čipů, aniž by bylo nutné navrhovat kompletně nový chladicí systém od základu.

IBM patří dlouhodobě mezi lídry ve výzkumu kvantových počítačů a pravidelně zveřejňuje plány na zvyšování počtu qubitů i zlepšování jejich stability. Nový kryogenní systém tak zapadá do dlouhodobé strategie firmy, jejímž cílem je postupně přejít od experimentálních kvantových procesorů k praktickým a spolehlivým strojům, které budou schopné řešit reálné problémy v průmyslu i vědě.

Dosažení fault-tolerance, tedy schopnosti systému fungovat spolehlivě i navzdory chybám v jednotlivých komponentách, je považováno za jeden z posledních zásadních kroků na cestě k plnohodnotně využitelným kvantovým počítačům. Dosavadní kvantové stroje jsou totiž stále velmi náchylné k chybám a jejich výpočetní výsledky je často nutné ověřovat opakovaným měřením nebo kombinací s klasickými výpočetními metodami.

Pokud se IBM podaří svůj plán realizovat, mohlo by to znamenat významný milník nejen pro samotnou firmu, ale pro celé odvětví kvantového počítání. Konkurenční společnosti i akademická pracoviště po celém světě totiž rovněž intenzivně pracují na vlastních řešeních problému chyb a škálovatelnosti kvantových systémů, takže úspěšné nasazení fault-tolerantního počítače by mohlo nastavit nový standard pro celý obor.