Med en investering på $ 1 milliard dollars planlægger Psiquantum at bygge en fotonisk kvantecomputer med en million qubits, langt større end nogen der eksisterer i dag – og firmaet siger, at det vil være klar på kun to år
En Psiquantum Silicon Wafer, der indeholder tusinder af kvanteindretninger
På et stort bord foran mig er nogle af verdens mest avancerede fotoniske hardware, som snart kan drive en af de store teknologiske revolutioner i vores tid. Jeg kan se små mikrochips, der ligner dyrebare juveler, med nanoskala mønstre, der får dem til at gløde som regnbuer sammen med detektorer, filtre og switches forbundet med fiberoptiske kabler, der er lagt på smartphone-størrelse kredsløb. Dette er de grundlæggende komponenter i en massiv fotonisk kvantecomputer, der kunne være i gang på bare et par år-dog for mig ligner det mere kabler og kasser, der udgør mit hjem Wi-Fi-gear.
Jeg er kommet til det australske hovedkontor, i Brisbane, af Psiquantum, en kvanteberegningstart, der indtil sidste år flyver under radaren. Det hele ændrede sig, da den australske føderale regering og den statslige regering i Queensland annoncerede en investering på 1 milliard dollars i firmaet – den største indsats fra enhver regering, hvor som helst, på et privat kvanteberegningsfirma. Så hvad får Australien for de penge? Geoff Pryde, Psiquantum Australiens hovedtekniske direktør, er klar. ”Vi tror, at når vi tænder for denne ting, begynder kvanteberegningstiden.”
Det er en stor påstand for et firma, der kun lige er begyndt med opførelsen af en facilitet til at huse sin kvantecomputer, på et 13-hektar stort sted nær Brisbane lufthavn. Men for at forstå, hvorfor Psiquantum mener, at det kan slå Google, IBM og andre store spillere i Quantum Computing Industry, hjælper det med at se på den rute, den tager.
”Det er ikke den samme bane,” siger Terry Rudolph, en af firmaets fire medstiftere, der også tilfældigvis er barnebarn af den legendariske kvantefysiker Erwin Schrödinger. ”Hvis dit mål er at nå toppen af en skyskraber, kan det være fornuftigt at opbygge en rigtig stor stige. Når du først er klar over, at målet er månen, betyder det ikke noget, hvor mange stiger du stables op oven på hinanden. Hvis du ser på, hvad vi har bygget, udvikler vi en raket, og månen har været vores mål siden vi startede virksomheden. ”
Sæt mere teknisk har Psiquantum undskyldt sig for at deltage i det, industrien kalder den støjende mellemskala kvante (NISQ) computing-æra, hvor nøglespillere har bygget maskiner med op til 1000 qubits eller kvantebits, som er tilbøjelige til fejl og fejl og har begrænset praktisk anvendelse. Det er vidt fastslået, at disse computere i Nisq-æraen er vidunder af teknologi, men har lidt praktisk brug.
”I de sidste par år er det blevet helt klart, at værdipropositionen for NISQ er langt mindre rosenrød end oprindeligt tænkt,” siger Andrea Morello ved University of New South Wales i Sydney. “Der er virkelig ikke meget nyttig beregning, som en NISQ -enhed kan udføre, som ikke kan udføres på en klassisk maskine.”
En psiquantum integreret fotonisk chip
I stedet planlægger Psiquantum at opskalere, hurtigt til en maskine på en million-qubit ved udgangen af 2027-langt større end nogen, der findes i dag. Det hele begynder med rodet på hardware foran mig. Psiquantum har kastet sig fuldstændigt i fotonisk kvanteberegning, hvilket betyder, at det er nødt til at manipulere lyspartikler til kvantetilstande, der vil tjene som qubits i dens computer, det ru ækvivalent af transistorerne, der findes i konventionelle computere.
Denne sammenligning er passende, fordi Psiquantum bruger de samme halvlederfremstillingsteknikker, der bruges til at fremstille det enorme antal små transistorer, der findes på almindelige computerchips. ”Psiquantum udarbejdede, hvordan man miniaturiserer til nanoskalaen alle nødvendige fotoniske komponenter og fremstiller dem ved hjælp af den samme teknologi, der blev brugt til at bygge bærbare computere og mobiltelefoner,” siger Rudolph. ”En sådan halvlederteknik er den eneste tilgang til at bygge milliardkomponentmaskiner, som mennesker har opfundet indtil videre.”
Psiquantum har samarbejdet med den amerikanske baserede chipproducent GlobalFoundries for at fremstille sine fotoniske chips. Nogle af disse komponenter sidder på bordet foran mig, herunder en lille sort sag, der ser ud som om den huser en dyrebar perle. Faktisk er det et eksempel på mikrochips, der er udviklet til at drive kontrol og filtrering af fotoner i Psiquantums enhed.
Denne tilgang sigter mod at drage fordel af årtiers erfaring både inden for chipfremstilling og manipulere kvantetilstande af lys. Der er en række forskellige teknologier, der kan være grundlaget for en kvantecomputer, herunder superledende materialer og fangede ioner, men fotonik kan være mere robust end disse. ”Denne kombination af eksisterende storskala, effektiv, højteknologisk industrikapacitet og lysets støjmodstand gør fotonik til en stærk kandidat til den første nyttige kvantecomputer,” siger Rudolph.
Det er ikke at sige, at stien har været let. Psiquantums Dylan Saunders siger, at firmaet måtte overvinde udfordringen med at bygge mikrochips, der er stuetemperatur på den ene side og temperaturen i det dybe rum på den anden. Et andet afgørende gennembrud var med succes at fremstille filtre, der kan blokere uønsket lys fra fotonkilden, men lad Qubit -fotonerne gå igennem.
”Vi er nødt til at blokere det uønskede lys med 12 størrelsesordener, hvilket er meget,” siger Saunders. ”En analogi er, at det er lidt som at slippe af med en atomeksplosion i den ene ende af et forelæsningsteater og blokere eksplosionen så meget, at du kunne høre mig tale med dig, hvis du stod der. Det er hvor meget vi har brug for for at undertrykke det. ”
Der er stadig mange udfordringer, især i integrationen af så mange millioner af komponenter og optimering af de fotoniske qubits. Disse små dele foran mig skal replikeres i massiv skala: Psiquantum skal fremstille titusinder af fotoniske chips og forbinde dem med over 1000 kilometer optisk fiber. Når den er afsluttet, dækker den fotoniske kvantecomputer et areal på 100.000 kvadratmeter, hvilket inkluderer den kryoplantering, der er nødvendig for at holde alt køligt.
En kryoplant vil holde computeren kølig
På trods af den fremadrettede opgave, siger Pryde, at der ikke er nogen uovervindelige huller mellem hvor holdet er nu og den store tændt i 2027. ”Der er ingen mening i dette hardwarebillede, hvor der skal opstå noget mirakel,” siger han.
Faktisk er Psiquantum så sikker på, at det er fremskridt, at det allerede har et team af kvantesoftwareprogrammerere, der arbejder med adskillige branchekunder for at udvikle algoritmer til at udtrække nyttige oplysninger fra kvantecomputeren, når det er i gang. Disse klienter inkluderer farmaceutisk gigant Boehringer Ingelheim, der ønsker at studere egenskaberne ved enzymer, der er afgørende for lægemiddelabsorption, og Mercedes-Benz, der håber at bruge kvantecomputeren til at forbedre batteridesignet til elektriske køretøjer.
”Når hardware er installeret, og systemet er valideret, vil vi have de algoritmer, som vi har forberedt klar til den generation-en-maskine, der kører ASAP,” siger Pryde.
Så vil den store indsats for at springe over Nisq -æraen betale sig? Stephen Bartlett ved University of Sydney siger, at der er klare fordele ved ikke at bygge mindre enheder. ”Det kan være vigtigt som en del af den teknologiske udvikling, og det kan være spændende at realisere disse ting og vise dem, men du kan let hævde, at de er en distraktion fra hovedspillet. Psiquantum vil have en million-qubit enhed. De har en robust og seriøs plan og er i en position til ikke at skulle vise babytrin og i stedet gå efter hovedspillet. ”
Morello siger, at der er et argument om, at NISQ -æraen var “nyttig og nødvendig som et mellemtrin” for forskere for at få erfaring med teknik og programmering af kvantecomputere, men i sidste ende kan Psiquantum bevise, at dette var unødvendigt. ”De sagde” Vi går bare hele vejen for den store ting ”, siger han. ”Og nu synes jeg det er fair at sige, at de havde ret.”
Men præcis, hvad en million-qubit-enhed vil være i stand til-og om den virkelig vil indberette starten på Quantum Computing-æraen, som Pryde hævder-gjenstår at se. ”Vi venter alle på den dag, hvor en kvantecomputer er i stand til at give en overbevisende demonstration om, at det kan gøre noget nyttigt, som ikke kan gøres af en klassisk supercomputer,” siger Bartlett. Og selvom Psiquantum har en klar plan for at skalere op, er det måske ikke den første til at komme dertil.
”Ingen ved endnu, hvilken teknologi der vil muliggøre storstilet, nyttig kvanteberegning,” siger han. ”Det kan være fotonik, superledere eller ionspins i halvledere, og der er mere. Vi ved endnu ikke, hvem der vinder. ”