Virheenkorjaus on yksi kvanttitietokoneiden suurimmista pullonkauloista. Suomalaislähtöinen IQM kertoo kehittäneensä uuden tavan, jolla virheenkorjattu kvanttilaskenta voisi vaatia selvästi vähemmän fyysisiä kubitteja kuin tähän asti on arvioitu.
IQM:n mukaan sen uusi virheenkorjausmenetelmä voi pienentää loogisten kubittien virhetasoa jopa kolme kertaluokkaa verrattuna yleisesti käytettyyn pintakoodiin. Samalla tarvittavien fyysisten kubittien määrä voisi pudota jopa kahdeksasosaan.
Kyse ei ole vielä valmiista virheenkorjatusta kvanttitietokoneesta. IQM:n tulokset perustuvat uuteen virheenkorjauskoodiin, sitä tukevaan piirirakenteeseen ja numeerisiin simulaatioihin. Löydös on silti merkittävä, koska virheenkorjauksen vaatima laitteistomäärä ratkaisee pitkälti sen, miten nopeasti kvanttikoneista voidaan rakentaa oikeasti hyödyllisiä.
Kvanttitietokoneen perusongelma on, että kubitit ovat erittäin herkkiä häiriöille. Siksi yhden luotettavan loogisen kubitin rakentamiseen tarvitaan useita fyysisiä kubitteja. Mitä vähemmän fyysisiä kubitteja yhtä loogista kubittia kohti tarvitaan, sitä realistisemmaksi suurten kvanttikoneiden rakentaminen muuttuu.
IQM:n ratkaisu tunnetaan nimellä barbell-koodi. Sitä ei ole suunniteltu irralliseksi matemaattiseksi malliksi, vaan suoraan IQM:n omaa suprajohtavien kubittien arkkitehtuuria varten. Yhtiön mukaan koodi hyödyntää sen Constellation-topologiaa, jossa kubitit voidaan kytkeä toisiinsa tavallista neliöruudukkoa monipuolisemmin.
Tämä on IQM:n mukaan oleellinen ero aiempiin tehokkaisiin virheenkorjauskoodeihin. Ne ovat voineet olla paperilla lupaavia, mutta niiden vaatima kytkentärakenne on ollut vaikea toteuttaa käytännön sirulla. IQM väittää ratkaisseensa tämän niin, että suorituskyky paranee ilman, että laitteistosta tulee valmistuksen kannalta liian monimutkainen.
– Olemme avaamassa kvanttilaskennan seuraavaa lukua, sanoo IQM:n toimitusjohtaja ja toinen perustaja Jan Goetz.
Goetzin mukaan uusi lähestymistapa tarjoaa kilpailukykyisen polun skaalautuvaan kvanttivirheenkorjaukseen suprajohtavilla kubiteilla. Tavoitteena ovat suuret, virhesietoiset kvanttitietokoneet, joissa voidaan käyttää satoja tarkkoja loogisia kubitteja.
Tekoäly, kehittyneet yhteydet ja tietoturva muuttavat sulautettujen järjestelmien arkkitehtuureja. Laskentateho kasvaa nopeasti samaan aikaan, kun laitteiden fyysinen koko pienenee. Tietoturva, datan hallinta ja uudet säädökset lisäävät vaatimuksia niin yhteyksille kuin suunnittelullekin. Samalla laitevalmistajat pyrkivät nopeuttamaan tuotekehitys- ja testaussyklejään.