Nowa era obliczeń rozpoczęła się w Japonii. Naukowcy z instytutu badawczego RIKEN ogłosili pełne uruchomienie pierwszego na świecie hybrydowego superkomputera, który łączy klasyczne obliczenia z mocą technologii kwantowej. System ten, nazwany Reimei, współpracuje z jednym z najpotężniejszych komputerów na świecie – japońskim Fugaku.
Przełomowe połączenie mocy obliczeniowej
Superkomputer Fugaku od lat zajmuje czołowe miejsca w rankingach najwydajniejszych systemów na świecie. Jednak nawet najlepsze klasyczne komputery mają swoje ograniczenia – istnieją obliczenia, które mogłyby trwać latami lub nawet milionami lat przy wykorzystaniu obecnych technologii.
Tutaj do gry wkracza Reimei – nowoczesny komputer kwantowy, który został w pełni zintegrowany z Fugaku, tworząc pierwszą w historii hybrydową platformę obliczeniową tego typu.
Instalacja tego systemu została zrealizowana przez firmę Quantinuum, światowego lidera w dziedzinie komputerów kwantowych, we współpracy z RIKEN oraz przy wsparciu japońskiej organizacji NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization).
Dlaczego to ważne?
Połączenie klasycznej i kwantowej mocy obliczeniowej pozwoli na przełomowe badania w takich dziedzinach jak fizyka, chemia, a także rozwój nowych technologii i sztucznej inteligencji. Naukowcy mają nadzieję, że dzięki Reimei uda się rozwiązać problemy, których rozwiązanie było do tej pory poza zasięgiem nawet najpotężniejszych superkomputerów.
– Wysokiej jakości qubity Reimei i łączność typu „wszystko do wszystkiego” znacznie zwiększą możliwości badawcze naszej hybrydowej platformy kwantowo-HPC. Jesteśmy podekscytowani możliwością eksploracji nowych granic w badaniach naukowych nad hybrydowymi aplikacjami kwantowo-HPC przy użyciu systemu Quantuum z naszym Fugaku – powiedział dr Mitsuhisa Sato, dyrektor działu hybrydowej platformy kwantowo-HPC w RIKEN.
Dr Rajeeb Hazra, prezes i dyrektor generalny Quantuum, podkreślił znaczenie tego kamienia milowego – Ta instalacja stanowi kluczowy moment dla naszej globalnej strategii, oznaczając pierwsze wdrożenie naszej technologii kwantowej poza Stanami Zjednoczonymi. Chętnie nawiążemy współpracę z wyjątkowymi badaczami RIKEN, których wiedza specjalistyczna będzie kluczowa w napędzaniu bezprecedensowych przełomów naukowych.
Czym różni się komputer kwantowy od klasycznego?
Komputery klasyczne operują na bitach, które mogą przyjmować wartość 0 lub 1. Komputery kwantowe wykorzystują kubity, które mogą znajdować się w wielu stanach jednocześnie dzięki tzw. superpozycji. Dzięki temu komputer kwantowy może w niektórych przypadkach wykonywać skomplikowane obliczenia o wiele szybciej niż klasyczne maszyny.
Co to jest superpozycja?
W świecie klasycznym moneta może być albo orłem, albo reszką. W świecie kwantowym moneta może znajdować się w stanie „orła” i „reszki” jednocześnie – dopiero po dokonaniu pomiaru zobaczymy konkretny wynik.
Reimei to 20-kubitowy komputer kwantowy, który wykorzystuje pułapki jonowe – technologię, która pozwala na uzyskanie stabilniejszych i bardziej precyzyjnych obliczeń w porównaniu do innych metod.
Jak działają pułapki jonowe?
Reimei zamiast nadprzewodzących kubitów stosuje izolowane atomy, które są utrzymywane w polu elektromagnetycznym i kontrolowane za pomocą laserów. To sprawia, że:
- kubity dłużej utrzymują stabilność (mniejsze ryzyko błędów),
- możliwe jest precyzyjniejsze sterowanie niż w innych systemach,
- konstrukcja pozwala na unikalne przesuwanie kubitów („ion shuttling”), co umożliwia realizację bardziej skomplikowanych algorytmów.
Jednym z największych wyzwań komputerów kwantowych jest korekcja błędów. Kubity są bardzo podatne na zakłócenia i mogą zmieniać swój stan w sposób niekontrolowany.
Aby temu zapobiec, Reimei stosuje logiczne kubity – grupy kilku fizycznych kubitów, które razem przechowują te same informacje. Dzięki temu możliwe jest wykrywanie i korygowanie błędów, co zwiększa dokładność obliczeń.
Przełom Quantinuum
Firma ta opracowała logiczny kubit, który ma nawet 800 razy mniejszy poziom błędów niż pojedyncze kubity fizyczne. Takie rozwiązanie znacząco poprawia stabilność obliczeń w Reimei.
Co to jest korekcja błędów w komputerach kwantowych?
Wyobraź sobie, że masz kilka kopii tej samej książki. Jeśli w jednej wersji pojawi się literówka, możesz sprawdzić pozostałe egzemplarze i poprawić błąd. W komputerach kwantowych działa to podobnie – wiele kubitów przechowuje tę samą informację, co pozwala na wykrycie i naprawę błędów.
Czy inne kraje mają podobne projekty?
Choć Japonia jako pierwsza uruchomiła w pełni funkcjonalny hybrydowy system kwantowy, podobne badania trwają również m.in. w Niemczech. Firma IQM testuje 20-kubitowy procesor kwantowy zintegrowany z superkomputerem SuperMUC-NG.Planują oni dalszy rozwój – w 2025 roku uruchomienie 54-kubitowego systemu, a w 2026 roku 150-kubitowego układu. Jednak na ten moment tylko Japonia może pochwalić się działającą i gotową do użytku hybrydową platformą kwantowo-klasyczną.
Projekt Reimei-Fugaku to dopiero początek. W planach jest dalszy rozwój systemu i jeszcze ściślejsza integracja technologii kwantowej z klasycznymi superkomputerami. Eksperci przewidują, że w ciągu najbliższej dekady komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować takie dziedziny jak:
- badania nad nowymi materiałami – np. lepszymi bateriami czy nadprzewodnikami,
- medycyna i farmakologia – symulacje cząsteczek i przyspieszenie prac nad nowymi lekami,
- prognozowanie klimatu – lepsze modele klimatyczne pomagające przewidywać zmiany na naszej planecie.
Uruchomienie Reimei-Fugaku to ważny krok w kierunku przyszłości obliczeń. Po raz pierwszy udało się stworzyć w pełni działającą hybrydową platformę superkomputerową, która łączy zalety komputerów klasycznych i kwantowych.
Japońscy naukowcy liczą, że dzięki tej technologii uda się odkryć nowe prawa fizyki, stworzyć innowacyjne materiały i przyspieszyć rozwój medycyny. Pozostaje tylko trzymać kciuki za ich sukces, gdyż ten pionierski projekt może stać się fundamentem dla nowej ery superkomputerów.
źródło: quantinuum.com, livescience.com, curiosmos.com
