Qubit z nadciekłego helu, plan DOE i uniwersalny zestaw bramek

Propozycja nosi nazwę Superfluid Helium Oscillator Quantum device, w skrócie SHOQ. Wykorzystuje obojętny elektrycznie nadciekły hel-3. Hel nie ma ładunku elektrycznego, więc konstrukcja jest z natury ekranowana od części szumu elektromagnetycznego, który zakłóca obwody nadprzewodzące. W pracy opublikowanej w npj Quantum Information zespół pisze, że to pierwszy opisany projekt qubitu oparty na nadcieczy. ScienceDaily podało jego streszczenie 1 października.

„Nie jesteśmy pierwsi, którzy myśleli o poszczególnych elementach tego pomysłu, ale po raz pierwszy zebraliśmy je w urządzeniu mikrofluidycznym i rozpracowaliśmy konkretne szczegóły, które mogłyby pozwolić temu urządzeniu działać jako qubit” – powiedziała Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow w Hybrid Quantum Systems na University of Surrey i główna autorka badania, cytowana w tekście ScienceDaily.

Sharma dodała, że matematyka wskazuje, iż to powinno działać, a następnym krokiem jest prototyp. Prototypu nie zbudowano. To rozróżnienie ma znaczenie: liczba 100 razy to wynik obliczeń, nie pomiaru, a w materiale nie ma niezależnej replikacji tego wyniku.

Trzy wyniki w osiem dni i żaden nie wskazuje tej samej drogi

Projekt z Surrey to jeden z kilku wyników z dziedziny obliczeń kwantowych w materiale, skupionych między 23 września a 1 października. 25 września ScienceDaily opisało pracę University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering, Harvardu, Stony Brook University i Quantinuum. Na 54 qubitach procesora H2 firmy Quantinuum zademonstrowano tam uniwersalny zestaw bramek zbudowany z nieabelowych anyonów. Praca ukazała się w Nature. Zespół połączył splatanie i fuzję, czyli operacje, których samo splatanie nie zapewniało.

Henrik Dreyer, dyrektor zarządzający i lider naukowy monachijskiego biura Quantinuum, współautor pracy, nazwał kody nieabelowe „czarnym koniem w wyścigu o korekcję błędów kwantowych” w komentarzu przytoczonym przez ScienceDaily. Powiedział, że praca po raz pierwszy pokazuje uniwersalny zestaw bramek w kodzie nieabelowym i że obliczenia odporne na błędy mogą co do zasady przebiegać bez destylacji lub kultywacji stanów magicznych. Te dwa kroki są najdroższymi operacjami w standardowych kodach korekcji błędów, stwierdził Dreyer.

Ruben Verresen, adiunkt na UChicago PME i współautor, opisał to podejście dosadniej: „Zademonstrowaliśmy tak zwany uniwersalny zestaw bramek, co oznacza, że jeśli przechowujesz informację w tych wyłaniających się wersjach kwarków i przenosisz je, możesz wykonać dowolne obliczenie kwantowe, jakie chcesz”. Ten sam tekst ScienceDaily pochodzi z 25 września.

30 września Caltech opublikował w Nature wyniki pomiarów poziomów energii przewidzianych przez konforemne teorie pola Isinga i trykrytycznego Isinga. Teoretycy obliczali te wartości przez około 40 lat bez bezpośredniego potwierdzenia doświadczalnego. Jason Alicea, William K. Davis Professor of Theoretical Physics w Caltech, powiedział, że poziomy energii „kodują głęboką informację o samych teoriach”. W pracy wykorzystano neutralne atomy uwięzione w laserach jako symulator kwantowy, a nie uniwersalny komputer kwantowy.

Xiangkai Sun, doktorant w laboratorium Endresa i współgłówny autor, ujął tę zmianę wprost: „Przez ostatnie 10 lat ludzie uczyli się kontrolować te układy i jesteśmy teraz w punkcie, w którym możemy używać ich do badań podstawowych w fizyce”. ScienceDaily opublikowało tę relację 30 września.

Do tego dochodzą Kyoto University i Hiroshima University. Ich badacze zademonstrowali splątany pomiar rozpoznający trójfotonowe stany W. Takiej możliwości brakowało od czasu, gdy ponad 25 lat temu zaproponowano odpowiedni pomiar dla stanów GHZ. Autor korespondencyjny Shigeki Takeuchi powiedział, że zespół „w końcu uzyskał splątany pomiar także dla stanu W, z rzeczywistą demonstracją doświadczalną dla trójfotonowych stanów W”. ScienceDaily poinformowało o tym 29 września.

Waszyngton chce użyteczności, nie liczby qubitów

Warstwa polityczna też się poruszyła. Fermilab opublikował 27 września raport SCAC Quantum Committee Report. Wyznacza w nim drogę opartą na kamieniach milowych do wykazania użyteczności naukowej obliczeń kwantowych. Deklarowany cel to istotny naukowo, korygowany pod kątem błędów komputer do 2028 roku, a długoterminowa wizja zakłada dedykowany Quantum Computing User Facility. Anna Grassellino, dyrektor ds. technologii Fermilab, przewodniczyła podkomitetowi; Supratik Guha z University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering był wiceprzewodniczącym. Nota Fermilab mówi, że raport powstał na podstawie wkładu setek osób z laboratoriów krajowych, uczelni, przemysłu i agencji federalnych.

Raport przekonuje, że o sukcesie powinna decydować użyteczność naukowa, a nie wskaźniki sprzętowe. Wymienione zastosowania to przewidywanie właściwości cząsteczek na potrzeby odkrywania leków, projektowanie katalizatorów, symulowanie materiałów istotnych dla fuzji i modelowanie fizyki wczesnego wszechświata. Propozycja Departamentu Energii opiera się na integracji: procesory kwantowe włączone do hybrydowych klasyczno-kwantowych przepływów pracy obok centrów obliczeniowych dużej mocy i istniejących obiektów użytkowych.

Między fizyką a polityką leży problem mniej efektowny. Preprint zamieszczony na arXiv 28 września przez Hoanga Phama Conga i Ho Viet Duca Luonga definiuje wartość decyzyjną obliczeń percepcyjnych. Autorzy stwierdzają, że lepsza percepcja nie daje niezawodnie lepszych decyzji na dalszym etapie. Testowali wdrożoną jednowidokową geometrię na zbiorach KITTI i nuScenes. Podają, że od 34 do 54 procent eskalacji, które zmieniają stratę na dalszym etapie, czyni ją gorszą. Wybieranie spośród sygnałów możliwych do wdrożenia według zysku percepcyjnego z wykrywania brakujących obiektów, a nie według wartości decyzyjnej, obniżyło zrealizowany zysk decyzyjny w teście średnio o 7,4 procent straty dla wszystkich tanich opcji, piszą. Praca dotyczy uczenia maszynowego, nie kwantów, ale dotyka tego samego pytania, które stawia plan DOE: co liczy się jako użyteczny wynik.

Warstwa komercyjna i aplikacyjna wciąż się rusza

1 października Q/C Technologies zapowiedziała współpracę z Center for Integrated Nanotechnologies w Sandia National Laboratories nad elementami nanofotonicznymi do swojej optycznej jednostki przetwarzającej przeznaczonej do wnioskowania w AI. HPCwire podało tę informację tego samego dnia. Joshua Silverman, przewodniczący rady nadzorczej spółki, powiedział, że dostęp do wiedzy CINT o fotonice to „ważny krok” w rozwoju platformy firmy. Deklarowane cele projektu obejmują operacje nieliniowe, pamięć, precyzję, straty optyczne i integrację z układami elektronicznymi, czyli listę nierozwiązanych problemów, a nie specyfikację produktu.

Quantum Space z kolei zrealizowała zamówienie na przetwarzanie statku kosmicznego z All Points Logistics na potrzeby misji Prime, poinformowało SpaceNews 30 września. Prime to misja rozpoznawcza dla platform Ranger i Scout tej firmy, przeszła Systems Integration Review i ma wystartować w drugiej połowie 2027 roku z Vandenberg Space Force Base. Kerry Wisnosky, prezes Quantum Space, powiedział, że umowa obejmuje pomieszczenia czyste, obsługę paliwa, bezpieczeństwo na miejscu startu i przeglądy operacyjne, wsparcie naziemne oraz transport do obiektu integracji z rakietą nośną.

Dwie starsze pozycje w materiale warto zachować jako tło, a nie jako bieżące wiadomości. Google DeepMind opisał 23 września, jak wprowadzi trwałą, szyfrowaną pamięć po stronie serwera do swojej platformy Private AI Compute, przy czym klucze kryptograficzne pozostaną na urządzeniach użytkowników. Quanta Magazine poinformowało 23 września o pracy chemika z Princeton Gregory’ego Scholesa, która sugeruje, że złożone sieci klasyczne mogą matematycznie naśladować zachowanie kwantowe, nie będąc kwantowymi. To twierdzenie niezręcznie współistnieje z wymienionymi wyżej kamieniami milowymi w sprzęcie.

W ośmiu najnowszych źródłach widać ten sam wzorzec: projekty, symulacje i zestawy bramek rozwijają się szybciej, niż którykolwiek z nich można pokazać jako lepszy od istniejącej maszyny w problemie wartym rozwiązania. Liczba 100 razy z Surrey to najbardziej rzucająca się w oczy wartość tygodnia. Jest też najmniej sprawdzona.