Hledání výkonnějších kvantových počítačů může záviset na technologii odmítnuté před desítkami let: supravodivých obvodech. Zatímco v 80. letech 20. století došlo k počátečnímu humbuku kolem těchto extrémně účinných komponent, nakonec ustoupily tradičním čipům generujícím teplo. Nyní se k tomuto přístupu vrací nová generace výzkumníků s potenciálem radikálně zlepšit škálovatelnost a efektivitu kvantového počítání.
Zapomenutý příslib supravodivosti
V roce 1980 IBM hodně investovalo do supravodivé technologie a představilo si počítače, které by minimalizovaly plýtvání energií a maximalizovaly výkon. Scientific American dokonce na jeho kryt umístil supravodivý obvod, který signalizuje vnímaný potenciál technologie. Potřeba udržovat extrémně nízké teploty se však ukázala jako příliš drahá a nepraktická, což vedlo IBM k opuštění této myšlenky do roku 1983. Navzdory tomuto neúspěchu zůstaly základní principy platné.
SEEQC: Oživení supravodivosti na hranici
Jedna společnost, SEEQC, tento přístup aktivně oživuje. Jejich zařízení ve státě New York pokračuje ve výzkumu započatém v rámci proprietárního supravodivého výpočetního programu IBM. Cílem firmy je použít supravodivé čipy k překonání současných omezení v konstrukci kvantových počítačů. Jejich výrobní proces zahrnuje pečlivé nanášení ultratenkých vrstev niobu na dielektrické materiály, čímž se vytvářejí křehké struktury potřebné pro kvantové operace.
Klíčový problém: Energetická účinnost v kvantových počítačích
Tradiční počítače plýtvají energií jako teplo a stávají se neefektivními v měřítku. Počítačový vědec Michael Frank si všiml, že typický počítač je v podstatě drahé topení s malým vedlejším efektem na výpočetní techniku. Supravodivé součástky však přenášejí elektřinu s dokonalou účinností a tyto ztráty eliminují. Výzvou je udržení extrémního chladu potřebného pro supravodivost – jen několik stupňů nad absolutní nulou.
Druhá šance pro kvantové počítání se supravodičem
Supravodiče se znovu objevily na konci 90. let s vytvořením prvního supravodivého qubitu. To znamenalo posun od replikace tradičních počítačů ke zkoumání zcela nových počítačových paradigmat. Dnes společnosti Google a IBM používají supravodivé qubity ve svých nejvýkonnějších kvantových počítačích a demonstrují tak potenciální průlomy v řešení vědeckých problémů.
Úzké místo: Škálování kvantových systémů
Navzdory těmto pokrokům zůstávají kvantové počítače omezeny praktickými technickými problémy. Přidání dalších qubitů – základních stavebních kamenů kvantového počítání – vyžaduje exponenciální nárůst kontrolních mechanismů a kabelů. Přílišná fyzická složitost vytváří teplo, snižuje výkon qubitů a v konečném důsledku omezuje škálovatelnost.
Řešení SEEQC: Integrované supravodivé řídicí čipy
Inovace SEEQC tento problém řeší. Vyvinuli čip, který integruje supravodivé qubity se supravodivým řídicím obvodem. Tento design eliminuje potřebu objemných, energeticky náročných komponent při pokojové teplotě, které v současnosti dominují architektuře kvantových počítačů.
Mezi hlavní výhody patří:
- Snížený odvod tepla: Udržováním všech součástí ve stejném kryogenním prostředí systém minimalizuje vnější tepelné rušení.
- Energetická účinnost: Supravodivý řídicí čip pracuje se zlomkem spotřeby energie tradičních alternativ, což potenciálně zvyšuje energetickou účinnost miliardkrát.
- Zjednodušená architektura: Integrovaný design snižuje složitost kabeláže a latenci signálu a zároveň zlepšuje kontrolu qubit a opravu chyb.
Cesta vpřed
SEEQC v současné době testuje své čipy s různými qubitovými návrhy a ukazuje slibné rané výsledky. Velkou výzvou však zůstává škálování až na stroje s milionem qubitů, které si představovali výzkumníci jako David DiVincenzo. Firma také řeší základní fyzikální problémy, jako je zabránění kvantovým vírům, aby narušily výkon qubitů.
Oživení supravodivé technologie z 80. let by nakonec mohlo předefinovat budoucnost kvantových počítačů. Díky optimalizaci architektury a maximalizaci efektivity nabízí přístup SEEQC cestu k výkonnějším, škálovatelnějším a odolnějším kvantovým systémům.
