Ahogy a kvantum-számítástechnika egyre közelebb kerül a valósághoz, mind hangsúlyosabb szerepet kap a fejlett számítások kvantum-hibajavítása – 2023-ban már ez a kutatások új fókuszterülete. Maga a kvantum-számítástechnika pedig egyre érettebbé válik. Ugyan nem holnap, és még csak nem is a következő egy-két évben lesz belőle kereskedelmi realitás, de a következő évtizedben várhatóan egyre elterjedtebbé válik a használata. A kvantum-számítástechnika fejlődésével egyre fontosabb szerepet fog játszani a gyakorlati alkalmazás szempontjából a kvantum-hibajavítás.

A kvantum-számítástechnika a kvantummechanika segítségével dolgozza fel a mai klasszikus, szilíciumalapú számítógépekkel nem megoldható, rendkívül összetett problémákat. Míg a hagyományos számítógépek az információt 0 vagy 1 értékként kezelik, a kvantumszámítógépek a 0 és 1 állapotok szuperpozíciójával dolgoznak, ami egy nap paradigmaváltást hozhat a számítástechnikáról alkotott fogalmainkban.

Ezért arra számítunk, hogy a kvantum-számítástechnikával az elkövetkező években olyan gyakorlati problémákat is meg fognak tudni oldani, amelyek ma még a leggyorsabb hagyományos számítógépek számára sem kezelhetők, például a kvantumkémia és a komplex pénzügyi rendszerek területén.

A kvantum-számítástechnikával elért eredmények azonban még mindig meglehetősen megbízhatatlanok a hagyományos számítástechnikához képest. Ez azért van, mert a qubitek (a kvantumszámításokban használt információs alapegységek) hihetetlenül sérülékenyek, és eredményeiket a környezet zaja torzíthatja.

Fejlett technológia a kvantumeredmények helyességének biztosítására

Ahogy a mai kvantumszámítógépekben egyre nő a qubitek – és ezzel együtt a rendszerekkel végrehajtható számítási lépések – száma, a hibakockázat is emelkedik.

A qubitműveletek megbízhatóságának mértékét a „fidelity” (pontosság) segítségével határozzák meg. Bár ma már rendelkezésre állnak olyan kvantumeszközök, amelyekkel potenciálisan végrehajthatók a hagyományos számítógépek lehetőségeit meghaladó számítások, ezek még nem elég fejlettek ahhoz, hogy hibamentes eredményeket adjanak, és ezért túl megbízhatatlanok a kereskedelmi alkalmazáshoz. Ezek az úgynevezett NISQ-technológiára (Noisy Intermediate-Scale Quantum) épülő rendszerek.

Kvantum-hibajavítás nélkül a kvantumszámítógépes számítások súlyos hibákat tartalmazhatnak – és minél több számítást végeznek, annál nagyobb a hibahatár. Ezért a kvantum-hibajavítási technológia folyamatos fejlesztése alapvető lépés a kvantumszámítógépek kereskedelmi alkalmazása felé.

A szükséges kvantum-hibajavító technológiával ellátott, hibabiztos kvantumszámítógép megvalósítása azonban még hosszú időbe telik. A kvantum-hibajavítási technológiával kapcsolatos kutatás-fejlesztés támogatása mellett az is nagyon fontos, hogy a kutatásokat végző vállalatok gyakorlatias alkalmazási forgatókönyveket dolgozzanak ki a kvantumszámítógépekhez a különböző szakterületeken működő partnereikkel, és a tényleges kvantumszámítógépeken futtatható kvantumalkalmazásokat fejlesszenek. Utóbbi területen azonban komoly akadályt jelent a nagy hibagyakoriság.

A Fujitsu úttörő szerepet játszik a kvantumszerű számítások digitális reprodukálására képes kvantumszimulátorok használata terén. Mivel ezek a szimulátorok nem támaszkodnak a nagy hibakockázatú qubitekre, megbízhatóbb eredményeket produkálnak. Bár a szimulátorok csak korlátozott számú qubitet tudnak kezelni, a híd szerepét betöltve segítik azoknak a kvantumszámítógépes alkalmazásoknak a fejlesztését, amelyeket a következő években várhatóan már a gyakorlatban is használni fognak.

A Fujitsu 2023-ra tervezett kvantumfejlesztései

Arra számítunk, hogy 2023-ban a szimulátorok használata fel fogja gyorsítani a kvantumalkalmazások fejlesztését. A Fujitsu kutatási együttműködéseket alakít ki többek között az anyagtechnológia, a gyártóipar területén és a pénzügyi szektorban – e területek mindegyike komoly előnyökhöz juthat a komplex, nagyszabású problémák gyors megoldására képes kvantumszámítógépek használatából.

A Fujitsu a világ leggyorsabb hagyományos szuperszámítógépeinek építésében szerzett tapasztalataira és a kutatóintézetekkel világszerte régóta fennálló kapcsolataira támaszkodik fejlesztéseiben.

2020 óta végzünk partnereinkkel teljeskörű kutatás-fejlesztést a kvantum-számítástechnika területén. Annak érdekében, hogy túllépjük a kvantumszámítógépeknél az egymillió qubites határt, a japán Oszaka Egyetemmel közös kutatást indítottunk a hibabiztos kvantumszámítógépek kvantumszoftvereinek fejlesztésére.

Ezen túlmenően a hollandiai TU Delfttel együttműködve alapkutatásokban és fejlesztésben veszünk részt az ún. „diamond spin” qubitekkel dolgozó kvantumszámítógépekkel kapcsolatban, és vizsgáljuk az új qubit-kapcsolási topológiára épülő új hibajavító kódok alkalmazásának lehetőségét.

Szorosan együttműködünk Japán legnagyobb kutatóintézetével, a RIKEN-nel a szupravezető kvantumszámítógépek további kutatásaiban. A 2023-as pénzügyi évben egy 64 qubites kvantumszámítógép kifejlesztésére és üzembe állítására készülünk, amelyet a Fujitsu kvantumszimulátorával együtt fogunk használni az ügyfelekkel közösen végzett alkalmazásfejlesztéshez.

Célunk egy megbízható eredmények nyújtására képes technológia kifejlesztése, és jó úton haladunk ennek megvalósítása felé.

A Fujitsu kvantum-számítástechnikai fejlesztéseiről webhelyünkön olvashat bővebben