Ioniloukun (trapped ion) käyttöä kvanttilaskennassa on tutkittu vuodesta 1995 lähtien Marylandin yliopistossa. Tutkimuksia vetäneet Jungsang Kim jaChristopher Monroe  (kuvassa) perustivat IonQ -yhtiön vuonna 2016. Nyt yhtiö ilmoittaa kehittäneensä kaksi huipputason kvanttitietokonetta, joilla on ennätyksellinen suorituskyky.

- Kahden vuoden työn jälkeen uskalias vedonlyöntimme tuottaa tulosta. IonQ-järjestelmä on vankka ja teollinen. Jopa tässä alkuvaiheessa tulokset osoittavat, että ioniloukku suunnitelmalla on kaikki odotetut edut ja enemmän, toteaa Monroe.

IonQ-järjestelmien kubitit ovat ytterbiumin yksittäisiä atomeja, jotka on sijoitettu tyhjiöön. Informaatio tallennetaan, käsitellään ja haetaan atomeista tarkoilla lasersäteillä. Tällainen ionin ansastuksen toimintatapa on teoreettisesti tehokas mutta teknisesti haastava.

Useimmat markkinoiden ensimmäiset kvanttitietokonevalmistajat luovat kubitteja piirakenteisiin tai surpajohteisiin, jotka jäähdytetään lähes absoluuttiseen nollaan. Atomin käytöllä kubittina on se etu, että atomissa ei esiinny valmistusvirheitä. Siten IonQ:n tapaiset järjestelmät ovat tarkempia ja voivat tehdä monimutkaisempia laskelmia kuin mikä tahansa tähän mennessä rakennettu kvanttitietokone.

IonQ kertoo, että tänä vuonna sen laitteet ovat saatavilla tutkijoille lääketieteen, kemian, energian, logistiikan ja muiden alojen sovelluksiin, joissa tavanomaiset tietokoneet eivät riitä.

IonQ-järjestelmä on kapasiteetin, tarkkuuden ja muiden keskeisten vertailuarvojen mittauksissa ylittänyt kaikki muut markkinoilla olevat kvanttitietokoneet. Se on tallentanut 160 kubittia ja suorittanut operaatioita 79 kubitilla.

Sen porttitason loogisten operaatioiden toimintatarkkuus ylittää 98 prosenttia sekä yhden että kahden kubitin operaatioille keskimäärin 13-kubitin konfiguraatioissa. Tämä tarkoittaa sitä, että se voi käsitellä pidempiä laskelmia kuin muut kaupalliset kvanttitietokoneet.

IonQ-järjestelmän potentiaalia ja ioni-arkkitehtuurin joustavuutta on vertailtu Bernstein-Vaziranin-algoritmilla. Tämä sovellus testaa tietokoneen kykyä määrittää koodattu numero, jota kutsutaan oraakkeliksi, kun sallitaan vain yksi kyllä/ei kysymys. 10-bittisen oraakkelin (luku välillä 0 ja 1023) tavanomainen tietokone onnistuu selvittämään 0,2 prosentissa ajoista.

IonQ-järjestelmä ajoi algoritmin kaikilla mahdollisilla 10-bittisillä oraakkeleilla ja saavutti keskimääräisen onnistumisprosentin 73 prosenttia. Tämä on parempi tulos laskelman monimutkaisemmalla versiolla kuin mikä tahansa kvanttitietokoneelle toistaiseksi julkaistu tulos.

Veijo Hänninen
Nanobittejä 21.1.2019