Japani käynnisti Shunkai-kvanttitietokoneen 10 000 kubitiin

Live Sciencen mukaan japanilaiset tutkijat ovat ottaneet käyttöön Shunkai-nimisen täyden pinon neutraaliatomikvanttitietokoneen ja aikovat laajentaa järjestelmän 10 000 kubittiin maaliskuuhun 2031 mennessä. Shunkaita kuvataan Japanin ensimmäiseksi tämäntyyppiseksi täyden pinon järjestelmäksi. Se yhdistää ohjelmiston, ohjaustasot ja laitteiston siten, että se voi vastaanottaa käyttäjän syötteitä ja tuottaa tuloksia.

Täyden pinon rakenne on suunniteltu tekemään laitteesta heti käyttökelpoisen tutkimusympäristöissä. Integroitujen ohjelmisto- ja ohjaustasojen ansiosta tutkijat voivat teoriassa ajaa kokeita ja algoritmeja ilman, että heidän tarvitsee rakentaa erillistä ohjausinfrastruktuuria. Shunkai-tiimi kertoo avaavansa järjestelmän ulkopuolisten käyttäjien ja muiden tutkijoiden käyttöön tulevina vuosina.

Hankkeen johtajan ja Molekyylitieteen instituutin fotomolekyylitieteen professorin Kenji Omorin mukaan tutkijoiden Shunkain käyttö voi synnyttää ketjureaktioita teollisuudessa, akateemisessa maailmassa ja hallinnossa ympäri maailman. Kehitystiimi aikoo myös integroida Shunkain olemassa olevaan jaettuun superlaskentakeskukseen sekä rakentaa hybridilaskentajärjestelmän, jota se kutsuu kvantti-GPU-keskukseksi.

Miten Shunkai sijoittuu nykyiseen kvanttiteknologiaan

Kvanttitietokoneet toimivat kvanttifysiikan, eivät klassisen fysiikan sääntöjen mukaisesti. Niiden perustietoyksiköitä ovat kubitit, jotka voivat olla esimerkiksi suprajohtavia piirejä, ansaan vangittuja ioneja tai fotoneja. Kubitti voi olla tilassa 1, tilassa 0 tai molempien tilojen superpositiossa samanaikaisesti. Tämä ominaisuus on kvanttilaskennan perusta.

Kubitit ovat erittäin herkkiä. Pienetkin ympäristöhäiriöt voivat epävakauttaa niitä tai pyyhkiä niiden sisältämän tiedon, joten korkean tarkkuuden saavuttaminen on edelleen suuri haaste. Kubittien virhetason arvioidaan olevan noin yksi virhe tuhatta operaatiota kohden, kun taas klassisilla biteillä virheitä tapahtuu tyypillisesti yksi miljardia tai biljoonaa operaatiota kohden. Suuri osa nykyisestä tutkimuksesta keskittyy kvanttivirheenkorjaukseen, jossa tieto koodataan redundanssin avulla useiden kubittien kesken, jotta pienet virheet eivät tuhoaisi koko laskentaa.

Alan yleinen strategia on rakentaa ensin laadukkaampia kubitteja ja lisätä sitten niiden määrää järjestelmässä. Näin kvanttikoneet voivat ajan myötä haastaa nopeimmat klassiset supertietokoneet.

Shunkai on nimetty 1600-luvulla eläneen japanilaisen tähtitieteilijän Harumi Shibukawan mukaan. Järjestelmä pyrkii ratkaisemaan osan näistä rajoituksista käyttämällä kubitteina neutraaliatomeja ultrakylmien suprajohtavien piirien sijaan. Neutraaliatomit pidetään paikoillaan optisilla pinseteillä – tekniikalla, jolla yksittäisiä atomeja järjestellään ja manipuloidaan tarkasti kohdistetuilla lasersäteillä.