Politechnika Wrocławska uruchamia pierwszy komputer kwantowy IQM Spark – nowa era badań

Politechnika Wrocławska zakupiła komputer kwantowy IQM Spark. Jest to pierwszy komputer kwantowy w technologii niskotemperaturowych kubitów nadprzewodzących (czołowa technologia kwantowa, stosowana w największych komputerach kwantowych IBM i Google) w Polsce i całej Europie Wschodniej.

Zakup komputera jest związany z dynamicznym rozwojem informatyki kwantowej, opartej na projektowaniu dedykowanych algorytmów kwantowych. Komputer kwantowy IQM wyposażony jest w 5 kubitów i działa w temperaturze około 10 mK (milikelwinów), którą osiąga dzięki zastosowaniu specjalnego kriostatu. Urządzenie utrzymuje chip kwantowy w tak niskiej temperaturze poprzez wykorzystanie dwóch izotopów helu (He-3 i He-4). Tego rodzaju chłodziarki rozcieńczalnikowe są niezbędne do uzyskania nadprzewodnictwa w układach kwantowych.

Warto zauważyć, że w odróżnieniu od fizyki kwantowej oraz matematyki fizycznej, informatyka kwantowa jest stosunkowo młodą dziedziną nauki. Podstawy i koncepcje działania komputerów kwantowych zostały sformułowane już w latach 80. XX wieku przez wybitnego fizyka Richarda Feynmana. Natomiast badania nad podstawowymi operacjami na elementarnych jednostkach informacji komputerów kwantowych, czyli kubitach, są przedmiotem zainteresowania matematyków, zwłaszcza tych zajmujących się kwantową (nieprzemienną) probabilistyką. W tych obszarach osiągnięto już znaczące wyniki, również w polskim środowisku naukowym.

Jednak praktyczne wykorzystanie tych podstaw, w tym bramek i obwodów kwantowych, leży w domenie informatyki. W tym zakresie pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, aby komputery kwantowe mogły skutecznie rozwiązywać rzeczywiste problemy praktyczne i biznesowe. Obecnie są one na etapie rozwoju porównywalnym do klasycznych komputerów z lat 40. i 50. XX wieku – brakuje wysokopoziomowych metod programowania, a kodowanie odbywa się na poziomie bramek logicznych i obwodów elektrycznych.

Stworzenie efektywnych narzędzi umożliwiających pełne wykorzystanie mocy komputerów kwantowych wymaga intensywnych badań nad kompilatorami, językami programowania oraz modelowaniem problemów – z perspektywy informatyki. Wydaje się jednak, że często zapomina się o tej, ostatecznie utylitarnej, funkcji komputerów kwantowych, koncentrując się przede wszystkim na badaniach dotyczących technologii przechowywania kubitów i realizacji operacji na nich.

Nowo zakupiony komputer kwantowy na Politechnice Wrocławskiej będzie dedykowany pracom badawczym, głównie w zakresie informatyki. Urządzenie zostało przygotowane do współpracy z wiodącymi środowiskami obliczeń kwantowych, takimi jak Qiskit wykorzystujący język Python, i będzie stanowić bazę do nauki obsługi tych technologii na większą skalę. Wraz z zakupem 5-kubitowej maszyny Politechnika uzyskała również dostęp do większych systemów – 20- oraz ponad 50-kubitowych – zainstalowanych w centrum firmy IQM w Alto w Finlandii, umożliwiających realizację połączeń pomiędzy kubitami w różnych topologiach.

Komputer kwantowy zostanie uruchomiony w maju tego roku i udostępniony zainteresowanym badaczom, doktorantom oraz studentom informatyki. Właśnie w tym miesiącu na Wydziale Informatyki i Telekomunikacji PWr rozpoczęło działalność Koło Informatyki Kwantowej Qubit, którego członkowie jako pierwsi będą uruchamiać swoje programy na nowym komputerze kwantowym.

Obecnie realizowane są już prace doktorskie w tej dziedzinie, a w przyszłości planowane jest utworzenie nowych specjalności, a docelowo także kierunku studiów „Informatyka kwantowa”.

Źródło: Politechnika Wrocławska