[ ERA: DABARTIS ]

Auksinis lusto laikiklis: sprendimas dekoherencijos problemai

Nuotrauka: Gemini Imagen

Švaros kambario grindys vibruoja nuo kriogeninių siurblių ritmo, palaikančių 25 Kelvinų temperatūrą „IBM Quantum System Two“ skaičiavimo modulyje. Šis 12 tonų sveriantis kriostatas nėra tiesiog šaldytuvas; tai sudėtingas inžinerinis kompromisas, sukurtas Jay Gambetta komandos, siekiant suvaldyti kvantinių bitų dekoherenciją aplinkoje, kurioje net menkiausias elektromagnetinis triukšmas kainuoja skaičiavimo patikimumą. Kiekvienas šio objekto centimetras atspindi įtampą tarp teorinės fizikos elegancijos ir realaus kapitalo, kurį korporacija privalo amortizuoti per ateinančius penkerius metus.

Sistemos viduje esantis auksinis lusto laikiklis, pagamintas iš ypač gryno vario, yra pritvirtintas prie septynių pakopų šiluminių ekranų. Kiekvienas ekranas turi atlaikyti 1500 niutonų mechaninę įtampą, kylančią dėl medžiagų terminio traukimosi aušinimo metu. Tačiau praėjusiais metais projekto biudžetas buvo apkarpytas 12 procentų, todėl inžinieriai privalėjo atsisakyti brangių berilio jungčių. Šis taupymas privertė naudoti pigesnį aliuminio lydinį, kuris dėl savo netolygaus šiluminio plėtimosi koeficiento dažnai sukelia mikroskopinius įtrūkimus, kainuojančius 450 tūkstančių dolerių už kiekvieną prarastą eksperimentinį ciklą.

Šiame įrenginyje naudojami mikrobangų laidininkai privalo perduoti signalus su 0,05 decibelų nuostoliu, kad būtų išlaikyta kvantinė superpozicija. Kai praėjusį ketvirtį vyriausiasis inžinierius, spaudžiamas metų pabaigos ataskaitų, leido naudoti standartinius koaksialinius kabelius vietoj specializuotų superlaidžiųjų linijų, signalo iškraipymai viršijo 2,8 proc. ribą. Tai nebuvo tiesiog techninis nesklandumas; tai buvo 72 valandas trukęs sistemos kalibravimas, kurio metu buvo iššvaystyta 1,2 megavato elektros energijos, siekiant kompensuoti programine įranga tai, ko nepadarė fizinė aparatūra.

Kriogeninė kamera veikia esant 10⁻⁹ mbar vakuumui, kurį stebi 14 atskirų jonizacijos manometrų. Kiekvienas manometras kainuoja 8500 eurų ir yra kalibruojamas kas 2000 darbo valandų, nes net menkiausia dujų molekulė, patekusi į kvantinio procesoriaus zoną, sukelia šiluminį šuolį, pakeliantį vietinę temperatūrą 0,02 Kelvino. Tai yra riba, už kurios kvantinė informacija išnyksta, palikdama tik atsitiktinį triukšmą, kurį vėliau tenka apdoroti klasikiniais algoritmais, didinant operacijų kaštus.

Inžinierių komanda kasdien skaičiuoja „klaidų biudžetą“, kurio vertė siekia 3,4 milijono dolerių per mėnesį vien tik už infrastruktūros palaikymą. Kai 2023 metų pabaigoje vienas iš aušinimo skysčio cirkuliacijos siurblių sugedo dėl prastos kokybės guolių, kuriuos pirkimų skyrius parinko vien dėl 15 proc. mažesnės kainos, visa sistema patyrė staigų šiluminį šoką. Toks pasirinkimas kainavo 14 dienų prastovą, per kurią buvo prarasti svarbūs kvantinių vartų tikslumo duomenys.

Kvantinio procesoriaus „Heron“ architektūra, sudaryta iš 133 sujungtų kubitų, reikalauja, kad kiekvienas mikrobangų impulsas būtų suformuotas su 10 pikosekundžių tikslumu. Šis tikslumas tampa neįmanomas, kai aušinimo sistemos vibracijos, siekiančios 5 mikrometrus per sekundę, veikia kaip mechaninis trikdys. Tai yra nuolatinis karas su fizikos dėsniais, kur kiekvienas išleistas euras turi būti pagrįstas arba didesniu skaičiavimo greičiu, arba ilgesniu koherencijos laiku, kuris šiuo metu siekia 300 mikrosekundžių.

Šis nuolatinis techninis kompromisas tarp kainos ir tikslumo privertė industriją pakeisti „ASTM E2719“ standartą, reglamentuojantį kriogeninių sistemų medžiagų testavimo metodus. Anksčiau leistina šiluminio plėtimosi nuokrypio riba buvo 0,15 proc., tačiau, siekiant užtikrinti kvantinių kompiuterių stabilumą, ši riba buvo sumažinta iki 0,02 proc. Šis pakeitimas, priimtas ir įdiegtas per 90 dienų visame globaliame kvantinių technologijų sektoriuje, tapo naujuoju minimalios kokybės užtikrinimo parametru, be kurio jokia šiuolaikinė skaičiavimo matrica nebegali būti sertifikuota.