Diseinu kuantikoa: etorkizuneko superordenagailuak garatzea

• Egilea:
• Egilearen izena

  Quantumrun Prospektiba
• Otsailaren 3, 2023

Ikuspegiaren laburpena

1970eko hamarkadatik aurrera, ordenagailu-zirkuitu integratuak azkar garatu dira, eta dozenaka osagai elektronikoetatik milaka milioira eskalatu dira. Aurrerapen hori, neurri batean, ordenagailuz lagundutako diseinua (CAD) softwarearen asmakuntzari esker lortu zen. CAD erabiliz, ingeniariek gero eta zirkuitu elektroniko konplexuagoak kalkulatu eta simulatu ditzakete lehendik dauden ordenagailuetan. Esperimentu hauek orain belaunaldi berriko prozesadoreak diseinatzera bultzatzen ari dira konputazio-ahalmen mugagabea dutenak, hala nola ordenagailu kuantikoak.

Diseinu kuantikoaren testuingurua

Zientzia eta teknologiaren diziplina kolektiboek dituzten erronka konplexuenen artean ordenagailu kuantikoen garapena dago. Superordenagailu hauek konputagailu paraleloen gaitasun izugarria dute eta ohiko ordenagailuen errendimendua modu esponentzialean bizkortzeko ahalmena dute erronka sozial eta ekonomiko kritikoak konpontzeko, hala nola kriptografia, big data optimizazioa, materialen diseinua eta droga-analisia. 

Konputazio kuantiko supereroaleak prozesadoreetan integra daitezkeen qubit (bit kuantikoak) kopurua handitzea du helburu, errendimendua hobetzeko eta datuak askoz azkarrago prozesatzeko. Qubit sistema mekaniko kuantiko bateko informazio-unitatea da. Konputazio klasikoan, bitek zero edo bateko balioak izan ditzakete. Aitzitik, qubitek zero eta bat arteko edozein balio izan dezakete mekanika kuantikoaren izaera dela eta. Ezaugarri honek gailu kuantikoak oso polifazetikoak eta eraginkorrak bihurtzen ditu.

2021eko maiatzean, Txinako Zientzia eta Teknologia Unibertsitateko (USTC) ikertzaileek 62 qubit-eko prozesadore kuantiko supereroale programagarri bat diseinatu zuten, bosgarren mendeko Zu Chongzhi matematikari eta astronomo txinarraren omenez. Ordenagailu honek bi dimentsioko ibilaldi kuantiko programagarriak egin zituen (algoritmoak garatzeko erabiltzen direnak) sisteman. 

Ikertzaileen arabera, Zu Chongzhi-k garraioaren plangintza arintzen lagun dezake, hiriko trafiko-fluxua optimizatuz. Ordenagailuak farmazia-enpresen lan-fluxuetan ere arrakastaz integratzeko ahalmena du 2027rako. Esate baterako, gailu kuantikoek azkar identifika dezakete droga-konbinazio itxaropentsuena eskuragarri dauden molekula-aukera guztietatik. 

Eragin disruptiboa

Jokoa aldatzeko duen potentziala dela eta, diseinu kuantikoa herrialdeen eta enpresen arteko lehiaren ardatz bihurtu da. 2021eko irailean, USTC ikertzaileek algoritmo kuantiko bat erabili zuten plasonium izeneko qubit eredu indartsuagoa diseinatzeko. Aurkikuntza hau esanguratsua da, ordenagailu-txip konplexuek simulazio asko behar dituztelako optimizatzeko. Ordenagailu kuantikoan hobekuntzak diseinatzeak ezagutzak eta aurrerapena bizkortuko lituzke eremuan. Diseinu kuantikoan egindako aurrerapenek ibilgailu eta robot autonomo eraginkorragoak eta konputazio-potentzia handia behar duten beste sistema batzuk ekar ditzakete.

Ondoren, 2022ko azaroan, IBMk Eagle izeneko 127 qubit-eko prozesadore kuantiko berritzaile bat diseinatu zuela iragarri zuen. Aurrerapen hori lortzeko, IBMko ingeniariek qubit antolamenduaren diseinua sartu zuten akatsak eta beharrezko osagai kopurua murrizteko. Makina honekin, ikertzaileek konplexutasun maila altuagoan jorratu ditzakete esperimentuak egiten eta aplikazioak exekutatzen direnean. Lan horien adibide dira ikaskuntza automatikoa optimizatzea eta molekula eta material berriak modelatzea energiatik hasi eta sendagaien aurkikuntzara bitarteko sektoreetan erabiltzeko.

Diseinu kuantikoaren inplikazioak

Diseinu kuantikoaren inplikazio zabalagoak honako hauek izan daitezke: 

• Teknologia kuantikoa enkriptatzea eta zibersegurtasun neurri konplexuak gainidazteko erabiltzen ari da, informazioa inoiz baino ahulago utziz. Hala ere, teknologia berak komunikazio-teknika ultraseguruak diseinatu ditzake.
• Adimen artifizialaren (AI) robotak ordenagailu kuantikoak erabiltzen dituzten entrenamendu-datu zehatzagoak eta konplexuagoak eskuratzeko, haien errendimendua izugarri hobetuko dutenak.
• Zientzialariek tresna berriak lortzen dituzte aurkikuntza terapeutikoaren prozesua bizkortzeko, konputazio kuantikoko teknikak erabiliz molekula, proteina eta produktu kimiko anitz aldi berean aztertzeko.
• Ordenagailu kuantikoak hornikuntza-kateak, flota-eragiketak, aire-trafikoaren kontrola eta bidalketak optimizatzen dituzte, ibilbide ez-eraginkorra eta alferrik galtzea murriztuz.
• Superordenagailuek aldi berean datu-eredu ugari azter ditzaketelako, meteorologoek eguraldi-gertaera larriagoak aurreikusteko eta abisuak puntualki eman ahal izango dituzte.

Kontuan hartu beharreko galderak

• Nola imajinatzen duzu ordenagailu kuantikoek zure lana irauliko dutela?
• Zeintzuk dira superordenagailu oso eraginkor eta adimentsuen beste onura batzuk?