Przemysł elektroniczny | 02 sierpnia 2017
Creotech buduje komputery kwantowe
Firma Creotech wspólnie z Politechniką Warszawską współpracują przy tworzeniu i rozwijaniu technologii komputerów kwantowych z takimi ośrodkami, jak Uniwersytet Oksfordzki, Uniwersytet w Maryland oraz Duke University.
Do zadań
Creotech należy dostarczenie komponentów i urządzeń pomiarowych
służących do przygotowywania i wykorzystania zjawisk
kwantowych.
Firma pracuje nad komponentami do budowy
zarówno badawczych, jak i komercyjnych urządzeń wykorzystujących
zjawiska kwantowe, w szczególności pułapki jonowe. Urządzenia,
które powstaną w wyniku projektu, posłużą nie tylko do budowy
komputerów kwantowych, ale mogą znaleźć zastosowanie w tworzeniu
tzw. wzorców czasu i częstotliwości, urządzeń kryptograficznych
czy generatorów liczb losowych.
Szyfr, którego bezpieczeństwa strzegą prawa fizyki. Sztuczna inteligencja zdolna do twórczego wnioskowania, a nie tylko suchych obliczeń. Symulowanie zachowania złożonych układów chemicznych, które pozwoli opracowywać leki na zabójcze dzisiaj choroby – to tylko kilka zastosowań komputerów kwantowych, które w swojej pracy będą wykorzystywały mechanikę kwantową zamiast właściwości przewodników i półprzewodników z krzemu. W pracach nad takimi urządzeniami bierze także krajowa spółka technologiczna Creotech Instruments SA.
Po stronie
Creotech w projekt zaangażowany jest zespół liczący 6 osób.
Docelowo Creotech chce opracować cały system wykorzystujący
zjawiska kwantowe oparty na własnych rozwiązaniach
technologicznych.
– Komponenty powstają w oparciu o
licencję open-hardware – tłumaczy dr Grzegorz Kasprowicz,
dyrektor R&D i jeden z założycieli Creotech Instruments SA. –
Creotech występuje tutaj w roli firmy komercjalizującej te
urządzenia. Zleceniodawcom zależy równocześnie na wysokim
poziomie technologicznym opracowanych rozwiązań (o to dba
Politechnika Warszawska) oraz na wysokiej jakości i niezawodności
produkowanych urządzeń, które gwarantuje doświadczony w
projektach kosmicznych Creotech. Odpowiadamy za zbudowanie systemów
testujących rozwijane komponenty, dopracowanie opracowanych modułów
pod kątem produkcji seryjnej i wprowadzenie ich na rynek jako gotowe
produkty, z opakowaniem, instrukcją i gwarancją – tłumaczy dr
Kasprowicz.
Mimo nazwy, między komputerami kwantowymi i
klasycznymi, bazującymi na krzemie, występuje niewiele
podobieństw.
- Komputery kwantowe nie sprawdzają się w
klasycznych obliczeniach. Są jednak niezwykle wydajne tam, gdzie
zwykłe maszyny sobie nie radzą – uważa dr Grzegorz Kasprowicz -
Klasyczne komputery opierają swoje działanie na mikroprocesorach i
układach scalonych, a jeden bit oznacza najmniejszą jednostkę
informacji o wartości 0 lub 1 i jest to wartość bezwzględna. W
przypadku komputerów kwantowych kubit (bit kwantowy) może
występować w różnych stanach. Dlatego w przypadku komputera
kwantowego możliwe są informacje w rodzaju „wartość wynosi 0,
ale istnieje pewna szansa na 1” lub „0 i 1 są równie
prawdopodobne.
Grzegorz Kasprowicz zwraca uwagę, że tak
niezwykłe z punktu widzenia klasycznych komputerów właściwości
wynikają z samej natury zjawisk kwantowych, gdy cząstki mogą
znajdować się w stanie tak zwanej „superpozycji”, czyli
równocześnie znajdować się w różnych stanach.
– W
interesujący sposób zjawisko wyjaśnił wybitny fizyk Erwin
Schrodinger na przykładzie kota zamkniętego w pudełku. Oprócz
niego znajduje się tam również trucizna aktywowana rozpadem
promieniotwórczym (procesem losowym), która może kota otruć, ale
nie musi. Obserwator nie wie, co się stało z kotem i czy nadal
żyje, więc ten, przed otwarciem pudła, znajduje się w stanie
superpozycji. Jest równocześnie żywy i martwy, bo oba stany są
możliwe. Dopiero otwarcie wieczka pozwoli ustalić w jakim stanie
znajduje się kot. Z perspektywy naszej codzienności to absurdalna
historyjka, tak jednak wyglądają zjawiska kwantowe w praktyce –
mówi dr Grzegorz Kasprowicz.
Ekspert podkreśla, że nie
jest to jedyny osobliwy efekt kwantowy umożliwiający działanie
komputerów kwantowych.
- Kubity mogą być powiązane
między sobą poprzez splątanie kwantowe. Dzięki temu działanie na
jednym z nich wpływa na wszystkie pozostałe. Trzymając się
metafory kota, sprawdzenie jednego pudełka może mieć wpływ na
zawartość wszystkich innych pudełek z kotami. Tym samym zamiast
dostarczać wynik jednego konkretnego obliczenia, komputer kwantowy
dostarcza wszystkie możliwe rozwiązania problemu. Wszystkie koty
żywe, wszystkie koty martwe oraz dowolna inna kombinacja. Podczas
gdy klasyczny komputer po kolei przelicza wszystkie możliwości,
komputer kwantowy dostarcza natychmiast wiele różnych wyników.
- Pod wieloma względami nasze komponenty do produkcji komputerów kwantowych są podobne do innych instrumentów, które dostarczamy na potrzeby fizyki wysokich energii, na przykład do CERN – tłumaczy dr Grzegorz Brona, prezes Creotech Instruments SA. – Są to rozwiązania, które bazują na istniejących produktach Creotech. Dzięki naszym systemom kontroli jakości oraz kosmicznej linii montażowej jesteśmy w stanie zapewnić absolutnie najwyższą jakość.
Już teraz istnieją
działające komputery kwantowe złożone z kilku – kilkunastu
splątanych kubitów. Przy ich większej ilości trudniej jest
utrzymać ich izolację od zewnętrznego świata, która jest
kluczowa dla stanu splątania kwantowego. Można ten problem
zobrazować na przykładzie łączenia kilku lub nawet kilkuset
komputerów klasy Commodore 64 tak, aby wspólnie osiągnęły moc
obliczeniową najnowszych maszyn. W przypadku kubitów kluczem jest
łączenie ich razem przy utrzymaniu stanu kwantowego i właśnie nad
tym pracują teraz naukowcy. Do tego celu wykorzystują oni pułapki
jonowe służące badaniu własności jonów zamkniętych oraz między
innymi narzędzia dostarczane przez Creotech.
Firma już
wysłała pierwszą transzę produktów. Pod koniec roku większość
zamówionych instrumentów powinna być gotowa. Produkty zostaną
wykorzystane w ramach inicjatywy ARTIQ (Advanced Real-Time
Infrastructure for Quantum physics), który zapewnia narzędzia
działania kwantowych komputerów zarówno od strony sprzętowej, jak
i języka programowania. Inicjatywa ARTIQ dzięki modułowej
konstrukcji i rozwiązaniach opartych o standardy przemysłowe pomoże
komercjalizować systemu oparte o zjawiska kwantowe w tym komputery
kwantowe.
Creotech w ciągu kilku najbliższych miesięcy
planuje rozpocząć projekt, w którym opracowane klocki (podsystemy)
zostaną zamienione w pełni funkcjonalne systemy, które przejdą
testy weryfikacyjne w jednostkach certyfikacyjnych w USA.
-
To nie jest kwestia „czy”, ale „kiedy” komputery kwantowe
pomogą rozwiązywać największe wyzwania naszej codzienności i
pozwolą na przełom w takich dziedzinach jak diagnostyka medyczna i
poszukiwanie leków – mówi dr Grzegorz Brona. – Tym bardziej
cieszę się, że jako Creotech mamy szansę stać się częścią
tego przełomu – podsumowuje.