Garisto D (2026) Underdog ‘spin qubits’ leap forward in race to a useful quantum computer. Nature 656, 280-281 – https://doi.org/10.1038/d41586-026-02357-z – University of Ljubljana free access article pdf
Prispevek na spletnem portalu revije Nature v rubriki News o tem, da najnovejše znanstvene objave razkrivajo pomemben napredek pri spin kvantnih bitih, ki kljub začetnemu zaostanku postajajo resen tekmec v razvoju kvantnih računalnikov. Raziskovalne skupine, vključno z laboratorijem HRL in inštitutom RIKEN, so uspešno zmanjšale stopnje napak in povečale število kbitov v polprevodniških napravah. Ta tehnologija izkorišča vrtenje elektronov in podobne proizvodne procese kot pri klasičnih čipih, kar olajša morebitno množično proizvodnjo. Ključne izboljšave vključujejo učinkovitejše sisteme ožičenja in zmanjšanje okoljskega hrupa, ki sicer moti občutljiva kvantna stanja. Zaradi teh dosežkov je podjetje IBM nedavno napovedalo prevzem laboratorija HRL, kar potrjuje strateški pomen te smeri razvoja. Čeprav so naprave še vedno v fazi prototipov, strokovnjaki verjamejo, da so spin kvantni biti zdaj na poti k ustvarjanju uporabnih kvantnih sistemov v komercialnem merilu.
Povzetek prispevka “Kvantni “odpisanci”: Zakaj so spinski kubiti pravkar premestili meje mogočega“.
1. Dirka, za katero ste mislili, da je že odločena
V siloviti tekmi za izgradnjo prvega uporabnega kvantnega računalnika so bili žarometi javnosti dolgo usmerjeni drugam. Medijski prostor in investicijsko pozornost sta si podredila Google in IBM s svojimi superprevodnimi tokokrogi, medtem ko so se v ozadju kot obetavna alternativa razvijali sistemi z atomi, ujetimi v svetlobo. Tehnologija tako imenovanih “spinskih kubitov” je bila v tej konkurenci dolgo videna kot podcenjen tekmec (underdog), ki so ga mnogi zaradi počasnega napredka že skoraj odpisali.
Vendar smo v zadnjih mesecih priča seizmičnemu preobratu. Serija rezultatov, objavljenih v prestižnih znanstvenih revijah, kaže, da se spinski kubiti vračajo na sceno z neustavljivo silo. Ali bo prav tehnologija, ki temelji na siliciju – istem materialu, ki je poganjal digitalno revolucijo 20. stoletja –, tista, ki bo končno ukrotila kvantni svet za praktično uporabo v 21. stoletju?
2. Povratek odpisanih: Od dveh do osemnajstih kubitov
Napredek v zadnjih treh letih je bil osupljiv. Še leta 2023 je vrhunec tehnologije spinskih kubitov predstavljal sistem z zgolj dvema kubitoma, ki sta delovala s precejšnjo stopnjo napak (okoli 4 %). Danes so te številke le še bled spomin. Štiri neodvisne ekipe – HRL Laboratories, QuTech, RIKEN in Groove Quantum – so v seriji objav, ki so kulminirale v reviji Nature, poročale o prebojih, ki to tehnologijo postavljajo ob bok najnaprednejšim sistemom na svetu.
Ameriški HRL Laboratories je predstavil procesor z 18 kubiti, medtem ko je nizozemski QuTech opisal meritve na sistemu s petimi kubiti. Ta uspeh ni prišel čez noč; gre za uresničitev vizije, ki sta jo že leta 1998 utemeljila fizika Daniel Loss in David DiVincenzo.
“Zelo dobro za skupnost je, da je prišlo do takšnega napredka,” pravi Daniel Loss, ki je že pred skoraj tremi desetletji teoretično predvidel potencial elektronskih spinov.
Recenzenti so dosežek podjetja HRL označili za “pomemben mejnik v tehnološki zrelosti” polprevodniških spinskih kubitov, kar potrjuje, da se je ta tehnologija končno prebila iz laboratorijskih eksperimentov v fazo resnega inženirstva.
3. Genialnost v preprostosti: Kvantni čipi na polprevodniških rezinah
Največja strateška prednost spinskih kubitov se skriva v njihovi sorodnosti s klasično računalniško arhitekturo. Medtem ko drugi pristopi zahtevajo eksotične materiale in povsem nove proizvodne paradigme, se spinski kubiti izdelujejo podobno kot tranzistorji v vašem prenosniku: z vrezovanjem natančnih vzorcev v polprevodniške rezine.
Toda tu nastopi ključna razlika v materialni znanosti. Medtem ko HRL in QuTech stavita na preizkušeni silicij, je zagonsko podjetje Groove Quantum predstavilo 18-kubitno napravo, ki temelji na germaniju. Pri obeh pristopih pa je bistvo isto: namesto klasičnih tranzistorjev vzorci na čipu ustvarijo drobne elektrostatične “vrtine”.
V primeru procesorja podjetja HRL vsak kubit ni le en elektron, temveč je oblikovan iz tria elektronov (t. i. “exchange-only” kubiti). Namesto zapletenih magnetnih polj te kubite krmilijo preprosti električni impulzi – natanko tako, kot elektronika krmili tranzistorje. Ta analogija je ključna, saj teoretično omogoča uporabo že obstoječe, milijarde dolarjev vredne infrastrukture polprevodniške industrije za masovno proizvodnjo kvantnih procesorjev.
4. Konec hrupa: Kako so sesuli stopnjo napak
Za kvantno računalništvo je sistemski šum največji sovražnik. Elektrone je treba ohladiti na temperature blizu absolutne ničle in jih izolirati pred elektromagnetnimi motnjami, sicer izgubijo svoje občutljivo kvantno stanje. Do nedavnega je bila stopnja napak pri spinskih sistemih previsoka, zdaj pa so raziskovalci te ovire dobesedno zradirali.
Statistični preboji so osupljivi:
- RIKEN (Japonska): Poročajo o stopnji napak, nižji od 0,01 %.
- HRL Laboratories: Dosegli so stabilnost s stopnjo napak 0,02 %.
- QuTech (Nizozemska): Izkazali so se s stopnjo napak 0,3 %.
Po besedah Jacoba Blumoffa, kvantnega inženirja pri HRL, je ključ do tega uspeha v “več kot desetkratnem zmanjšanju šuma”, ki ga občutijo posamezni kubiti. Čeprav sta dve od tehnik za dosego te stabilnosti strogo varovana poslovna skrivnost podjetja HRL, so rezultati neizpodbitni: spinski kubiti so po kakovosti in natančnosti postali povsem primerljivi z uveljavljenimi superprevodnimi sistemi.
5. Zbogom, bakreni “lestenci”: Revolucija v ožičenju
Ena največjih fizičnih ovir pri povečevanju števila kubitov so zapleteni prepleti bakrenih žic, ki jih strokovnjaki ironično imenujejo “lestenci” (chandeliers). V klasičnih sistemih vsak kubit potrebuje svojo žico, kar pri tisočih ali milijonih kubitov postane fizično nemogoče, poleg tega pa žice v sistem vnašajo toploto, ki uničuje kvantna stanja.
Ekipa HRL je to težavo rešila s presenetljivo eleganco. Namesto “bakrenega gnezda” so uporabili le en centimeter širok trak z ožičenjem, ki prenaša kontrolne signale. “Ne potrebujemo več stotin in stotin žic, ki segajo vse do sobne temperature,” pojasnjuje Blumoff. Manj žic pomeni manj toplote in boljšo zmogljivost. Podoben pristop s specializiranimi superprevodnimi kabli je uporabila tudi ekipa RIKEN, kar nakazuje, da je problem “kvantnega ožičenja” končno dobil svojo rešitev, ki omogoča resnično skalabilnost.
6. Odpuščanja in prevzemi: Poslovni preobrat podjetja HRL
Zgodba o tehničnem uspehu podjetja HRL ima tudi dramatično poslovno plat. Februarja 2025 se je podjetje znašlo v krizi; zaradi sprememb v ameriški vladni politiki so bili ustavljeni številni pogodbeni programi, kar je vodilo v odpustitev 376 zaposlenih oziroma tretjine delovne sile. Marsikdo je takrat menil, da je to konec njihove kvantne ambicije.
Vendar je sledil presenetljiv preobrat. IBM, nesporni vodja na področju superprevodnih kubitov, je napovedal prevzem podjetja HRL. Ta poteza je v strokovnih krogih odjeknila kot bomba.
“Ekipa HRL bo pomagala IBM-u pri premikanju meja kvantnih inovacij,” je izjavil Jay Gambetta, direktor raziskav pri IBM-u.
Analitično gledano je ta prevzem IBM-ova strateška “zavarovalna polica”. Čeprav IBM stavi na superprevodne tokokroje, njihov vstop v svet spinskih kubitov priznava, da ima tehnologija na osnovi silicija morda bolj realno pot do milijona kubitov. IBM s tem prevzemom ni kupil le intelektualne lastnine, temveč ekipo, ki je dokazala, da zna premagati ovire, ki so desetletja pestile to področje.
7. Zaključek: Pot do desetih milijard
Čeprav je 18-kubitni procesor podjetja HRL šele prototip, je smer razvoja zdaj jasna. Za reševanje resničnih svetovnih problemov bomo potrebovali kvantne računalnike z desettisoči kubitov in stopnjo napak, ki ne presega ene na deset milijard. A prvič po dolgem času se zdi, da so inženirski izzivi rešljivi.
Podjetje HRL po prevzemu ponovno zaposluje, optimizem v industriji pa raste. Ali bo prav silicij, ki je definiral tehnološko preteklost, tisti, ki bo tlakoval pot v kvantno prihodnost? Po zadnjih dosežkih sodeč, so “odpisanci” pravkar postali favoriti v najpomembnejši tehnološki dirki našega časa.