Kvantinės technologijos įžengia į prototipų erą: kvantiniai įrenginiai peržengia slenkstį, bet kas laukia toliau?

Naujas straipsnis žurnale „Science“ kvantinę pažangą lygina su ankstyvąja kompiuterių istorija. Autoriai pabrėžia, kad per pastarąjį dešimtmetį sritis perėjo nuo vien tik koncepcijos demonstravimo prie prototipų, turinčių realių pritaikymų. Tokį šuolį paskatino glaudus universitetų, valdžios ir pramonės bendradarbiavimas.

Tyrėjų komanda iš „University of Chicago“, „Stanford University“, „Massachusetts Institute of Technology“, „University of Innsbruck“ ir „Delft University of Technology“ apžvelgė kvantinės įrangos būklę. Jie bandė įvertinti, kurios platformos jau artėja prie praktinio naudojimo, o kur dar reikia proveržio. Išvada aiški, laukia dideli inžineriniai iššūkiai.

Platformų palyginimas

Straipsnyje aptariamos šešios pagrindinės kvantinės aparatinės kryptys. Tarp jų yra superlaidūs kubitai, įkalinti jonai, sukinių defektai, puslaidininkiniai kvantiniai taškai, neutralūs atomai ir optiniai fotoniniai kubitai. Kiekviena platforma turi savitų privalumų ir skirtingą brandos lygį.

Kad palyginimas būtų nuoseklus, autoriai pasitelkė didelius kalbos modelius, tokius kaip „ChatGPT“ ir „Gemini“, ir nustatė technologinį parengtumą. Šis parengtumas rodo, ar technologija dar tik kuriama laboratorijoje, ar jau demonstruoja sudėtingesnę sisteminę veiklą. Rezultatas pateikia tarsi momentinę viso lauko nuotrauką.

Ką reiškia technologinis parengtumas?

Nors kai kurios kvantinės sistemos jau prieinamos per viešą debesiją ir demonstruoja veikimą, jų pajėgumai dar ankstyvi. Daug naudingų užduočių, pavyzdžiui didelės kvantinės chemijos simuliacijos, gali reikalauti milijonų fizinių kubitų. Tokios apimtys šiandien dar toli gražu nepasiekiamos.

Vienas autorių pabrėžia, kad parengtumo lygis visada turi būti vertinamas kontekste. Net jei technologija gauna aukštą įvertinimą, tai nereiškia, kad tikslas jau pasiektas. Tai veikiau ženklas, kad sukurta pirmoji rimta sistema, kurią dar reikia tobulinti ir didinti.

Didžiausi mastelio iššūkiai

Autoriai išskiria kelis bendrus barjerus, trukdančius augti iki didelių kvantinių mašinų. Reikia geresnių medžiagų, patikimesnės gamybos ir procesų, leidžiančių kurti daug vienodų kokybiškų kubitų. Be to, svarbi tampa masinė gamyba, kuri turėtų būti stabili ir ekonomiška.

Ne mažiau kebli problema yra laidų ir signalų valdymas. Daug platformų vis dar reikalauja atskiro valdymo kanalo kiekvienam kubitui, o didinant sistemą laidų skaičius tampa nepakeliamas. Prie to prisideda energijos tiekimo, temperatūros kontrolės, automatinio kalibravimo ir visos sistemos valdymo sunkumai.

Pamokos iš kompiuterių istorijos

Straipsnis primena, kad klasikinėje elektronikoje esminės inovacijos taip pat augo lėtai. Litografija, naujos tranzistorių medžiagos ir pramoniniai procesai iš laboratorijų į gamyklas keliavo dešimtmečius. Kvantinėms technologijoms prognozuojamas panašus kelias.

Todėl autoriai ragina investuoti į sisteminį dizainą ir bendrą atvirą žinių lauką, kad sritis nepasidalytų į uždaras stovyklas per anksti. Jie taip pat akcentuoja kantrybę, nes lūžio momentai dažnai ateina tik po ilgo nuoseklaus darbo. Jei šios pamokos bus priimtos, kvantinė era gali tapti tokia pat transformuojanti, kaip kadaise tranzistorius.