Ενώ η κοινή γνώμη παρακολουθεί τους γιγάντιους «πολυελαίους» αραίωσης ηλίου της IBM και της Google να προσπαθούν να διατηρήσουν τα υπεραγώγιμα transmons μόλις λίγα χιλιοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, στην πόλη Kawasaki της Ιαπωνίας γράφτηκε ιστορία. Η Fujitsu παρουσίασε το πρώτο παγκοσμίως λειτουργικό πρωτότυπο Diamond-Spin Quantum Computer, το οποίο ενσωματώνει κέντρα κασσίτερου (Tin-Vacancy / SnV centers) απευθείας σε φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Το επίτευγμα δεν είναι απλώς θεωρητικό: το πρωτότυπο συνδέθηκε επιτυχώς με το Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform, επιτρέποντας την εκτέλεση κβαντικών πυλών μέσω συμβατικού software interface, χωρίς ο προγραμματιστής να χρειάζεται να διαχειριστεί τις φυσικές παραμέτρους μικροκυμάτων ή οπτικών παλμών.
Έναρξη Συνεργασίας με το QuTech (TU Delft)
Η Fujitsu υπογράφει στρατηγική ερευνητική συμμαχία με το κορυφαίο ινστιτούτο κβαντικής οπτικής της Ολλανδίας για τη διερεύνηση diamond-spin qubits και modular δικτύων.
Joint Research Lab στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο
Ίδρυση εξειδικευμένου εργαστηρίου νανοκατασκευής για την υπέρβαση των ορίων κοπής συνθετικού διαμαντιού και τη δημιουργία optical waveguides αλουμίνας.
Επίσημη Παρουσίαση Working Prototype
Ανακοινώνεται το πλήρες λειτουργικό σύστημα SnV diamond-spin σε λειτουργία στους 1.5 K (-271.60°C) με επιτυχή δοκιμή στο υβριδικό cloud της εταιρείας.
Multi-Module Scaled Architecture
Στόχος η κατασκευή συστήματος πολλαπλών διασυνδεδεμένων modules μέσω οπτικών ινών και η υβριδική γεφύρωση με υπεραγώγιμα QPUs.
Η Φυσική πίσω από το Διαμάντι: Γιατί SnV και όχι NV Centers;
Τα διαμάντια δεν επελέγησαν για λόγους εντυπωσιασμού. Το κρυσταλλικό πλέγμα του άνθρακα στο διαμάντι είναι από τα πιο άκαμπτα και «ήσυχα» υλικά στο σύμπαν. Προστατεύει φυσικά τα κβαντικά spins από τον εξωτερικό μαγνητικό και ηλεκτρικό θόρυβο.
Μέχρι σήμερα, η επιστημονική κοινότητα πειραματιζόταν κυρίως με Nitrogen-Vacancy (NV) centers (άτομα αζώτου). Όμως τα NV centers στερούνται κεντρικής γεωμετρικής συμμετρίας, με αποτέλεσμα οποιοδήποτε μικρό ηλεκτρικό πεδίο στην επιφάνεια του chip να αποσυντονίζει το qubit (Stark effect).
Η Fujitsu επέλεξε τον κασσίτερο (Tin / Sn). Λόγω της μεγαλύτερης ατομικής ακτίνας του κασσίτερου, το ελάττωμα παίρνει μια απόλυτα συμμετρική δομή αναστροφής (inversion symmetry). Αυτό σημαίνει ότι το qubit είναι σχεδόν «τυφλό» σε ηλεκτρικές διακυμάνσεις, επιτρέποντας σταθερό υπολογισμό σε πολύ υψηλότερη θερμοκρασία: -271.6°C (1.5 Kelvin) έναντι των -273.13°C (15 milliKelvin) των υπεραγώγιμων συστημάτων.
| Τεχνολογική Παράμετρος | Υπεραγώγιμα Qubits (IBM Condor / Google Sycamore) | Παλαιότερα Diamond (NV Centers) | Fujitsu SnV Diamond Prototype |
|---|---|---|---|
| Θερμοκρασία Λειτουργίας | ~0.015 K (-273.13 °C) | 4.0 K (-269.15 °C) | 1.5 K (-271.60 °C) |
| Μηχανισμός Ελέγχου | Μικροκυματικοί παλμοί RF | Μικροκύματα & laser | Φως, μικροκύματα & ραδιοσυχνότητες (RF) |
| Τρόπος Διασύνδεσης (Scaling) | Βαριά ομοαξονικά καλώδια ανά qubit | Free-space optics / οπτικές ίνες | Ολοκληρωμένοι φωτονικοί κυματοδηγοί (Alumina) |
| Ευαισθησία σε Ηλεκτρικό Θόρυβο | Υψηλή (charge noise) | Υψηλή (έλλειψη συμμετρίας) | Ελάχιστη (λόγω inversion symmetry του SnV) |
| Κρυογονική Ισχύς (Cooling Load) | Εξαιρετικά απαιτητική (Dilution Fridge) | Μέτρια (Helium-4) | ~100x λιγότερη ισχύς ανά watt ψύξης |
Οι 3 Τεχνολογικοί Πυλώνες της Fujitsu
Ετερογενής Συγκόλληση & Νανο-λέπτυνση
Η Fujitsu ανέπτυξε διαδικασία μείωσης του πάχους των υποστρωμάτων διαμαντιού από εκατοντάδες μικρόμετρα σε λίγα νανόμετρα, συγκολλώντας τα σε βάσεις αλουμίνας και SiO2 χωρίς να καταστραφεί το πλέγμα.
Alumina Photonic Waveguides
Σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, δημιούργησαν οπτικούς κυματοδηγούς διαφανείς στο ορατό φως, συλλέγοντας μεμονωμένα φωτόνια κατευθείαν κατά την ανάγνωση του κάθε SnV qubit.
Αυτόματη Μεταγλώττιση Πυλών σε Φυσικά Σήματα
Ανέπτυξαν hardware controller που λαμβάνει κλασικό quantum code (quantum gates) και τον μετατρέπει real-time στον απαιτούμενο συγχρονισμό φωτός, μικροκυμάτων και RF σημάτων.
Γιατί αυτό αλλάζει τα πάντα για τα Data Centers
Ο σημερινός περιορισμός των κβαντικών υπολογιστών είναι χωροταξικός και θερμοδυναμικός. Δεν μπορείς να βάλεις 1.000.000 υπεραγώγιμα qubits μέσα σε έναν ενιαίο κρυοστάτη, γιατί τα χιλιάδες καλώδια μεταφέρουν θερμότητα και καταστρέφουν την υπέρθεση.
Η προσέγγιση της Fujitsu λύνει το πρόβλημα στη ρίζα του: τα φωτόνια δεν μεταφέρουν θερμότητα. Ένα chip διαμαντιού μπορεί να βρίσκεται μέσα σε έναν απλό κρυοστάτη 1.5 Kelvin και να συνδέεται με ένα διπλανό rack μέσω μιας συμβατικής οπτικής ίνας σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό είναι το λεγόμενο Quantum Internet / Distributed Quantum Computing, και το πρωτότυπο της Fujitsu απέδειξε ότι μπορεί να δουλέψει σε πραγματικό hardware.