W Jülich rusza kwantowy komputer na pułapkach jonowych

W Forschungszentrum Jülich oficjalnie uruchomiono komputer kwantowy JION, skrót od „Jülich trapped-ION quantum computer”. To urządzenie cyfrowe i bramkowe, zbudowane w technologii pułapek jonowych. Premierę nazwał technicznym kamieniem milowym premier Nadrenii Północnej-Westfalii Hendrik Wüst.

Jak działają pułapki jonowe

W komputerach kwantowych konkuruje kilka podejść. Jednym z nich są pułapki jonowe. Informację noszą w nich naładowane elektrycznie atomy, utrzymywane we wnętrzu pułapek elektromagnetycznych. Kubity JION to zjonizowane atomy iterbu. Pola elektromagnetyczne trzymają je w próżni i pozwalają kontrolować na tyle precyzyjnie, żeby przeprowadzać obliczenia. Rozwiązanie różni się od nadprzewodzących układów cyfrowych, między innymi skalą i warunkami pracy.

Stan na dziś i plany

Instalacja jest gotowa do pracy, ale wciąż ją rozbudowują. Na początku dostępnych jest tylko kilka kubitów, a do połowy 2027 roku ma ich być dziesięć. Dostawcą jest firma Eleqtron z Siegen, powstała w 2020 roku jako spin-off Uniwersytetu Siegen. W 2024 roku spółka z partnerami zbudowała dla Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki w Hamburgu demonstrator QSea.

Do sterowania kubitami JION wykorzystuje opracowaną w Siegen technikę MAGIC, czyli sprzęganie indukowane gradientem magnetycznym. Mikrofale oraz celowo wytwarzane różnice w polu magnetycznym sterują pojedynczymi kubitami i łączą je bezpośrednio. Metoda ma być w przyszłości stosowana także w większych, wydajniejszych systemach kwantowych.

JION powstał w ramach partnerstwa rozwojowego na rzecz pułapek jonowych w Nadrenii Północnej-Westfalii (EPIQ). Ma obsługiwać zastosowania w przemyśle i nauce: zadania optymalizacyjne w logistyce, transporcie i technice procesowej, a także w fizyce, chemii, biologii, medycynie, badaniach materiałowych i uczeniu maszynowym. System trafi do infrastruktury użytkowej JUNIQ, która gromadzi dostęp do różnych systemów kwantowych i wiąże je z superkomputerami centrum. Dzięki temu wybrane operacje obliczeniowe z klasycznych superkomputerów można delegować do układów kwantowych.

Pieniądze i następny krok

Wraz z uruchomieniem Wüst przekazał firmie Eleqtron decyzję o finansowaniu projektu SQALING, czyli skalowalnego przetwarzania kwantowego z Nadrenii Północnej-Westfalii. Ten samodzielny projekt rozwojowy start-upu ma otrzymać z landu do około 25 milionów euro ze środków Unii Europejskiej w programie EFRE/JTF. Celem jest przeniesienie techniki pułapek jonowych na skalowalne, chipowe platformy komputerów kwantowych. Kolejne 35 milionów euro zasili nowy projekt Q-STAR.NRW. Jego zadaniem jest zakup i integracja skalowalnego półprzewodnikowego komputera kwantowego w JUNIQ. Planowany system ma mieć do 200 kubitów.