مهندسان در ژاپن ریمِی، اولین ابررایانه کوانتومی هیبریدی جهان را فعال کرده‌اند. ماشین کوانتومی ۲۰ کیوبیتی در فوگاکو، ششمین ابررایانه سریع جهان، ادغام شده است.
این سیستم هیبریدی برای حل مسائلی طراحی شده است که پردازش آن‌ها توسط ابررایانه‌های کلاسیک زمان بیشتری می‌برد. این دستگاه در موسسه علمی ریکِن در سایتاما، در نزدیکی توکیو، قرار دارد و عمدتاً از تحقیقات در فیزیک و شیمی پشتیبانی خواهد کرد.
نمایندگان کوانتینیوم، سازندگان ریمِی، و ریکِن اظهار داشتند که ادغام محاسبات کوانتومی با فوگاکو یک گام بزرگ رو به جلو در محاسبات با کارایی بالا است. رایانه‌های کوانتومی این پتانسیل را دارند که محاسباتی را در عرض چند دقیقه یا چند ثانیه انجام دهند که انجام آن توسط رایانه‌های کلاسیک میلیون‌ها سال طول می‌کشد.
با این حال، تا زمانی که رایانه‌های کوانتومی قابل اعتمادتر و مقیاس‌پذیرتر شوند، دانشمندان معتقدند که سیستم‌های هیبریدی مانند ریمِی-فوگاکو می‌توانند به عنوان یک راه حل موثر عمل کنند.
کیوبیت‌های یونی به دام افتاده برای دقت بیشتر
ریمِی با اکثر رایانه‌های کوانتومی که متکی به کیوبیت‌های ابررسانا هستند، متفاوت است. در عوض، از کیوبیت‌های یونی به دام افتاده استفاده می‌کند، فناوری‌ای که مزایای متعددی در پایداری و کنترل ارائه می‌دهد.
این روش شامل جداسازی اتم‌های باردار، یا یون‌ها، در یک میدان الکترومغناطیسی است و چیزی را ایجاد می‌کند که به عنوان تله یونی شناخته می‌شود. سپس یون‌های به دام افتاده با استفاده از لیزرهای دقیق کالیبره شده، که حالت‌های کوانتومی آن‌ها را برای انجام محاسبات تنظیم می‌کنند، دستکاری می‌شوند.
این فناوری به دانشمندان اجازه می‌دهد تا یون‌ها را به گونه‌ای دستکاری کنند که بتوانند به عنوان کیوبیت عمل کنند و اطلاعات کوانتومی را ذخیره و پردازش کنند. کیوبیت‌های یونی به دام افتاده زمان انسجام طولانی‌تری را ارائه می‌دهند و اتصالات بیشتری را بین کیوبیت‌ها تشویق می‌کنند. در مقابل، کیوبیت‌های ابررسانا اتصالات دروازه‌ای سریع‌تری را ارائه می‌دهند و ساخت آن‌ها روی تراشه‌ها آسان‌تر است.
نمایندگان ریکِن توضیح دادند که معماری منحصر به فرد کوانتینیوم دلیل اصلی انتخاب سیستم کوانتومی آن بود. ریمِی از فرآیندی به نام "جابجایی یونی" استفاده می‌کند که به طور فیزیکی کیوبیت‌ها را در صورت نیاز در اطراف یک مدار حرکت می‌دهد. این امر امکان الگوریتم‌های پیچیده‌تر و پردازش کوانتومی بهبود یافته را فراهم می‌کند.
تصحیح پیشرفته خطا برای محاسبات پایدار
یکی از بزرگترین چالش‌ها در محاسبات کوانتومی خطاهای کیوبیتی است. بیت‌های کوانتومی به شدت به اختلالات حساس هستند و منجر به "نویز" می‌شوند که بر محاسبات تأثیر می‌گذارد. برای بهبود دقت، ریمِی چندین کیوبیت یونی فیزیکی را در "کیوبیت‌های منطقی" گروه‌بندی می‌کند که اطلاعات یکسانی را در چندین مکان ذخیره می‌کنند.
کیوبیت‌های منطقی با پخش کردن نقاط خرابی بالقوه، به کاهش خطاها کمک می‌کنند. این بدان معناست که یک خرابی کیوبیتی منفرد یک محاسبه در حال انجام را مختل نمی‌کند. کوانتینیوم قبلاً با ایجاد یک کیوبیت منطقی با نرخ خطای ۸۰۰ برابر کمتر از کیوبیت‌های فیزیکی، به پیشرفت بزرگی دست یافته بود.
ریمِی-فوگاکو اولین ابررایانه کوانتومی هیبریدی کاملاً عملیاتی است. شرکت‌های دیگر سیستم‌های مشابهی را آزمایش کرده‌اند، مانند پردازنده کوانتومی ۲۰ کیوبیتی IQM که در ژوئن ۲۰۲۴ در SuperMUC-NG آلمان ادغام شد.
با این حال، این سیستم هنوز در مرحله آزمایش است و هیچ تاریخ عرضه عمومی تایید شده‌ای وجود ندارد. IQM قصد دارد یک سیستم ۵۴ کیوبیتی در سال ۲۰۲۵ و یک تراشه ۱۵۰ کیوبیتی در سال ۲۰۲۶ ادغام کند.
با عملیاتی شدن ریمِی، ژاپن در ادغام کوانتومی-ابررایانه‌ها پیشتاز شده است و راه را برای راه‌حل‌های محاسباتی پیشرفته‌تر در آینده هموار می‌کند.