Mens verden fortsetter å forfølge kvantedatamaskiner, kunngjør det kinesiske teknologiselskapet Baidu utviklingen av deres første kvantedatamaskin samt en skytjeneste for å tillate kunder å bruke plattformen. Hvilke utfordringer møter kvantedatabehandling, hva tilbyr Baidu, og hvor langt unna er praktiske kvantemaskiner?
Hvilke utfordringer møter kvantedatabehandling?
Kvantemekanikk er uten tvil en av de mest uvanlige vitenskapene mennesket kjenner til. Alt ligger i en viss sannsynlighet, ingenting gir mening på kvantenivå, og det store flertallet av de som tror de forstår noe om kvantemekanikk, gjør sannsynligvis ikke det. Et klassisk eksempel er ideen om kvanteforviklinger; det er en generell oppfatning at kvantesammenfiltringen av to partikler betyr at det å påvirke den ene endrer tilstanden til den andre uansett hvor langt fra hverandre de to er.
I virkeligheten er dette helt feil, da kvantesammenfiltring bare betyr at kollaps av bølgefunksjonen til en partikkel (dvs. gjennom observasjon) vil tillate deg å vite hvordan tilstanden til den andre sammenfiltrede partikkelen er, uansett avstandsseparasjon. Men dette betyr ikke at du kan tvinge verdien av en sammenfiltret partikkel slik at den andre endrer tilstand.
De samme misoppfatningene følger også kvanteberegning når det diskuteres av allmennheten. Mange tror at kvantedatamaskiner vil erstatte tradisjonelle datateknologier, men sannheten er at kvantedatamaskiner er ekstremt begrensede. I stedet for å bli brukt til grunnleggende programmering og prosesser, vil kvantedatamaskiner finne applikasjoner i spesifikke nisjer som kryptering, stifinning og eksponentialer. Enkelt sagt, bruk av sammenfiltring gjør det mulig for kvantedatamaskiner å gjøre 2N-problemer til 2N-problemer.
Selv om teorien rundt kvantedatamaskiner er ganske solid, er det ingen liten prestasjon å prøve å bygge en kvantedatamaskin. En av de desidert største utfordringene forskerne står overfor er å prøve å opprettholde ultralave kjølige temperaturer. Temperatur er ikke noe mer enn vibrasjonsenergi av partikler, og en partikkel i kvantetilstand er sårbar for eksterne energikilder. Ved temperaturer nær absolutt null beveger partikler seg knapt, og dette er ideelt for å beholde kvantetilstander i partikler. Kjøleenheter ned til -150ºC er enkle å gjøre med bruk av flytende gasser (som helium og nitrogen), men absolutt null er nærmere -273ºC. For å oppnå temperaturer innen noen få grader kreves det bruk av komplekse pumper, kryostater og andre multimillion dollar-systemer som rett og slett er utenfor rekkevidde for selv store bedrifter.
En annen utfordring kvantedatamaskiner står overfor er å prøve å integrere nok qubits til å gjøre et slikt system praktisk. Forskere har allerede demonstrert flere qubits som fungerer sammen, men en praktisk datamaskin krever qubits i tusenvis. Å prøve å koble tusenvis av qubits sammen mens man beholder sammenfiltrede tilstander over store avstander resulterer i tap av kvantetilstander, og dette forstyrrer evnen til å utføre store kvanteberegninger.
Baidu kunngjør første kvantedatamaskin og åpner skytjenester for eksperimentering
Nylig kinesisk teknologiselskap Baidu kunngjorde at den har utviklet sin første kvantedatamaskin kalt Qian Shi. Det nye systemet har en kvantedatabehandlingskapasitet på 10 qubits og er lokalisert ved Baidus Quantum Computing Lab i Beijing. I følge Baidu integrerer Qian Shi alle komponentene som trengs for en komplett dataløsning som inkluderer all maskinvare, programvare og applikasjoner, samtidig som den bruker Baidus interne programvarestabel.
Tilgang til maskinen er nå åpnet opp for kunder via en skykvantedatabehandlingstjeneste som fjerner behovet for at kundene skal ha en kvantedatamaskin fysisk til stede, samtidig som man fjerner behovet for store mengder investeringskapital ved anskaffelse av en dataplattform.
Konstruksjonen av Baidu kvantedatamaskinen ligner veldig på de som er laget av andre forskerteam, men dette skyldes kun behovet for en kvantekryostat som består av flere metallplater koblet sammen med rør og stenger. Selve kvanteapparatet er en liten brikke som sitter inne i kryostaten som avkjøles til nær absolutte nulltemperaturer.
På den offisielle siden for Qian Shi-kvantedatamaskinen kan livedata om ytelsen ses, og de nåværende tallene (per 31.08.2022) er en levetid på 31us T1, 8.7us T2 levetid og en enkelt- qubit gate fidelity på 99,8 %.
Hvor langt unna er praktiske kvantedatamaskiner?
Det er høyst usannsynlig at allmennheten vil se kvantedatamaskiner i hjemmene sine de neste tiårene (dette kan lett være 100 år unna hvis noen gang), på grunn av behovet for svært kontrollerte miljøer og kryostater for millioner dollar. Det er mer enn mulig at slike datamaskiner vil finne veien inn i datasentre som har råd til slike plattformer og deretter tilby kvantetjenester til kunder på per-bruk basis, men selv da mangler nåværende kvantedatamaskiner ganske enkelt kommersiell praktisk.
Utfordringene med å koble flere qubits sammen kan løses av forskere ved bruk av parallelle design. I stedet for å prøve å lage én stor kvanteprosessor, kan mindre kjerner kobles sammen parallelt som hver opprettholder sine kvantetilstander mens de sender informasjon til andre kvantebiter. Dette vil bidra til å skalere design raskt samtidig som kvantelokaliteten opprettholdes på hver prosessorskive.
Men ser vi på moderne kvantedatabehandlingsteknologi, er det klart at verden fortsatt er i de tidlige dagene av kvantedatabehandling, og det er svært usannsynlig at praktiske systemer vil være tilstede med det første.