Komputery kwantowe, pomimo swojego rewolucyjnego potencjału, nie mogą skutecznie funkcjonować bez wsparcia tradycyjnych, klasycznych systemów obliczeniowych. Ostatnie dane z konferencji AQC25 w Bostonie pokazały, że klasyczne komputery są potrzebne nie tylko do sterowania i interpretacji obliczeń kwantowych, ale także do rozwoju samego sprzętu kwantowego. Zależność ta uwydatnia krytyczną rzeczywistość: przyszłość obliczeń kwantowych jest nierozerwalnie związana z dalszym postępem w dziedzinie tradycyjnych obliczeń.
Kruchość Qubitu i potrzeba kontroli
Komputery kwantowe współpracują z kubitami – bitami kwantowymi, które istnieją w superpozycji stanów – zapewniając wykładniczo szybsze obliczenia dla niektórych zadań. Jednak kubity są niezwykle wrażliwe na szum zewnętrzny, co czyni je podatnymi na błędy. Utrzymanie stabilności kubitów wymaga precyzyjnej kalibracji, monitorowania i kontroli, a wszystko to jest obecnie osiągane przy użyciu klasycznych technologii obliczeniowych. Bez tych klasycznych systemów obliczenia kwantowe stają się zawodne i nieefektywne.
Klasyczne obliczenia jako wąskie gardło wydajności
Eksperci z AQC25, w tym naukowiec z Nvidii, Shane Caldwell, podkreślają, że odporny na awarie komputer kwantowy, zdolny do rozwiązywania problemów świata rzeczywistego, będzie wymagał klasycznej infrastruktury obliczeniowej na poziomie petaskali – w skali najpotężniejszych superkomputerów na świecie. Nawet jeśli komputer kwantowy działa wydajnie, jego dane wyjściowe muszą być dekodowane z właściwości kwantowych do tradycyjnych formatów, a proces ten sam w sobie zależy od klasycznych urządzeń. Puya Ronaghi z 1Qbit zauważyła, że prędkość przyszłych obliczeń kwantowych będzie ograniczona szybkością klasycznych kontrolerów i dekoderów.
Stosowanie metod klasycznych w celu poprawy wydajności kwantowej
Naukowcy aktywnie wykorzystują klasyczne metody w celu poprawy wydajności kwantowej. Benjamin Lienhard z Walther-Meissner-Institute pokazał, jak algorytmy uczenia maszynowego mogą poprawić wydajność odczytu kubitów nadprzewodzących. Podobnie Mark Saffman z Uniwersytetu Wisconsin-Madison wykorzystuje klasyczne sieci neuronowe do poprawy odczytu kubitów w układach zimnych atomów. Ta integracja podkreśla fakt, że klasyczne obliczenia to nie tylko narzędzie pomocnicze, ale aktywny czynnik postępu kwantowego.
Rola obliczeń klasycznych w rozwoju sprzętu kwantowego
Blake Johnson z IBM zaprezentował zaawansowane klasyczne dekodery opracowywane dla ich superkomputera kwantowego planowanego do 2029 r. Niekonwencjonalny system korekcji błędów firmy opiera się w dużej mierze na wydajnym dekodowaniu. Dyrektor generalny Quantum Machines Yonatan Cohen wyjaśnił, że ściślejsza integracja klasycznych obliczeń z procesorami kwantowymi (QPU) przesunie granice wydajności zintegrowanych systemów. Nawet wirtualne modele komputerów kwantowych – cyfrowe bliźniaki – są opracowywane przy użyciu sztucznej inteligencji, jak wykazał Izhar Medelsi z Quantum Elements, w celu optymalizacji projektowania sprzętu.
Współpraca między ekspertami kwantowymi i klasycznymi
Quantum Scaling Alliance, któremu współprzewodniczy laureat Nagrody Nobla John Martinis, ilustruje potrzebę współpracy między ekspertami zajmującymi się kwantami i klasyką. Sojusz zrzesza twórców kubitów, klasyczne firmy obliczeniowe, takie jak Hewlett Packard Enterprise, oraz specjalistów od symulacji materiałów, takich jak Synopsys.
Przesłanie AQC25 jest jasne: postęp w informatyce kwantowej zależy od mocnych podstaw w informatyce klasycznej. Eksperci, którzy poświęcili swoją karierę tradycyjnym systemom, odgrywają obecnie kluczową rolę w zapewnieniu opłacalności technologii kwantowych.
