Mai rece decât spațiul cosmic: IBM construiește 'super-frigiderul' care ar putea deschide drumul către era computerelor cuantice

O tehnologie care pare desprinsă din science-fiction ar putea deveni una dintre piesele-cheie ale următoarei revoluții informatice. Cercetătorii de la IBM au dezvoltat un sistem criogenic modular capabil să creeze temperaturi extrem de scăzute, necesare pentru funcționarea computerelor cuantice de generație următoare.

Miza este uriașă. IBM speră ca această tehnologie să permită dezvoltarea computerului cuantic tolerant la erori Quantum Starling, pe care compania îl pregătește pentru 2029, potrivit Popular Mechanics.

Calculatoarele cuantice funcționează într-un mediu extrem de sensibil. Qubiții, elementele fundamentale ale acestor sisteme, își pot pierde proprietățile cuantice atunci când sunt perturbați de căldură. Energia termică face atomii și electronii să vibreze aleatoriu, fenomen care poate provoca decoerența și poate compromite calculele.

Un frigider construit pentru un milion de qubiți

Pentru a ține căldura la distanță, IBM lucrează de ani buni la ceea ce poate fi descris drept un „super-frigider” pentru computere cuantice.

Proiectul, denumit Goldeneye, a fost lansat în 2018 și are ca obiectiv dezvoltarea unui sistem criogenic suficient de mare pentru a găzdui un procesor cuantic cu până la un milion de qubiți.

În 2022, IBM anunța primul design demonstrativ. Acum, compania a făcut un nou pas și a prezentat un sistem modular care poate fi extins pe măsură ce crește numărul de qubiți ai computerului cuantic.

Cu două module conectate, instalația are aproximativ 2,4 metri în înălțime și lățime și poate ajunge la temperatura de patru grade Kelvin după numai cinci zile de răcire.

IBM susține că noua arhitectură poate ajunge la temperaturi de aproximativ 180 de ori mai scăzute decât cele asociate spațiului cosmic.

Cum poate fi creat un asemenea habitat

Secretul se află în frigiderele cu diluție, sisteme criogenice care folosesc doi izotopi ai heliului, heliu-3 și heliu-4.

Prin intermediul pompelor de vid și al unui crio-răcitor, izotopii sunt circulați și diluați succesiv, iar temperatura este redusă în mai multe etape. Sistemul poate coborî inițial amestecul de heliu până la aproximativ 50 de kelvini, pentru ca apoi să ajungă la patru kelvini.

Spre deosebire de metodele clasice care folosesc băi de criogeni lichizi, precum azotul sau heliul lichid, această tehnologie funcționează ca un sistem de răcire „uscat”.

Pentru IBM, însă, adevărata provocare nu este doar să obțină temperaturi extreme, ci să poată extinde sistemul.

„Cuplorul L” permite conectarea unor cipuri cuantice aflate în module separate. Astfel, frigiderele pot fi aliniate și conectate, construind treptat infrastructura necesară pentru computere cuantice mult mai mari.

Obiectivul companiei este să ajungă la un sistem cu aproximativ 1.000 de qubiți în următoarea etapă de dezvoltare.

Ținta pentru 2029: 100 de milioane de operații cuantice

IBM își leagă această tehnologie de un obiectiv și mai ambițios. Până în 2029, compania vrea ca viitorul său computer cuantic Starling să poată efectua aproximativ 100 de milioane de operații cuantice într-o singură sesiune.

Până acum, IBM a testat conexiuni între două module. Noua arhitectură criogenică, combinată cu progresele făcute în domeniul corectării erorilor cuantice, ar putea însă permite trecerea de la experimente la sisteme cuantice mult mai mari și mai stabile.

„Am stabilit știința pentru calculul cuantic tolerant la erori, iar o mare parte din ceea ce facem acum pentru a ajunge acolo ține de inginerie”, a explicat Jerry Chow, directorul sistemelor hardware cuantice de la IBM.

Jay Gambetta, directorul IBM Research, consideră că succesul conectării și funcționării modulelor criogenice reprezintă un pas important pentru dezvoltarea viitoarelor sisteme cuantice.

Dacă planurile IBM se concretizează, frigul extrem nu va fi doar o curiozitate inginerească. Va deveni una dintre condițiile esențiale pentru ca procesoarele cuantice să poată trece de la demonstrații spectaculoase la mașini capabile să execute calcule complexe, cu un nivel ridicat de toleranță la erori.