Kwantowa rewolucja w Barcelonie. Potężny komputer analogowy za 10 mln euro

Uruchomienie potężnego komputera kwantowego w Hiszpanii to pierwszy kamień milowy w ramach kontraktu EuroQCS-Spain. Jest to projekt o łącznej wartości 8,5 mln euro (podawanej również jako 9,8 mln euro inwestycji), współfinansowany przez Wspólne Przedsięwzięcie w dziedzinie Europejskich Obliczeń Wielkiej Skali (EuroHPC JU) oraz hiszpański Państwowy Sekretariat ds. Cyfryzacji i Sztucznej Inteligencji (SEDIA). W ramach tej umowy Qilimanjaro, działające jako dostawca pełnego stosu technologicznego, oraz firma Do IT Now, pełniąca rolę integratora systemów HPC-QC, mają za zadanie dostarczyć trzy generacje adiabatycznych (działających płynnie i stabilnie) jednostek przetwarzania kwantowego (AQPU).

Zainaugurowany właśnie system opiera się na 10-kubitowej konfiguracji analogowej, a kolejne dwie generacje maszyn zostaną dostarczone w latach 2026 i 2027, aby sukcesywnie zwiększać wydajność i skalę możliwości. Nowa maszyna różni się od dwóch wcześniej zainstalowanych komputerów kwantowych, które mają architekturę cyfrową i zostały wdrożone w 2025 r. przez Qilimanjaro i GMV w ramach narodowego programu Quantum Spain.

"Qilimanjaro Quantum Tech zainaugurowało nowy analogowy komputer kwantowy w Barcelona Supercomputing Center, rozszerzając infrastrukturę hybrydową MareNostrum-Ona, która łączy analogowe kwantowe, cyfrowe kwantowe i klasyczne superkomputerowe zasoby" - czytamy w oświadczeniu prasowym. Warto odnotować, że centrum obliczeniowe mieści się w dawnej kaplicy Torre Girona. W tym miejscu od 2005 r. działały 4 pierwsze generacje superkomputera MareNostrum.

W oficjalnym oświadczeniu BSC chwali się "w 100 proc. europejską technologią". Cały proces - od projektu chipu, przez pisanie oprogramowania, po rozwój nowego komputera kwantowego - został obsłużony przez katalońską firmę Qilimanjaro Quantum Tech we współpracy z Do It Now. Układ został zaś fizycznie wyprodukowany w szwedzkim Gothenburgu.

Infrastruktura MareNostrum-Ona oferuje unikalne podejście do obliczeń dzięki połączeniu dwóch cyfrowych komputerów kwantowych oraz nowo otwartego systemu analogowego. Choć wszystkie te maszyny bazują na technologii nadprzewodzącej, różnią się fundamentalnie architekturą samych kubitów. Systemy cyfrowe wykorzystują kubity typu Transmon, natomiast komputer analogowy wprowadza innowacyjne kubity Fluxonium.

Fluxonium to rodzaj kubita nadprzewodzącego typu strumieniowego. Oznacza to, że jego poziomy energetyczne odpowiadają stanom strumienia magnetycznego. Charakteryzuje się wyjątkowo długim czasem koherencji (kubit jest w stanie utrzymać swój stan kwantowy - superpozycję - przez milisekundy) oraz wysoką anharmonicznością (nieliniowością). Dzięki temu jest odporny na zakłócenia. Zmniejsza to zależność od pełnej, skomplikowanej korekcji błędów, z którą wciąż zmagają się procesory cyfrowe, i pozwala instytucjom na natychmiastowe badanie praktycznych zastosowań kwantowych bez konieczności czekania na konstrukcje całkowicie odporne na błędy.

Różnica między dwoma podejściami - wbrew temu, co mogą sugerować tradycyjne skojarzenia z terminami "cyfrowy" i "analogowy" - nie dotyczy stopnia nowoczesności, lecz samego sposobu przetwarzania danych. Działanie systemu cyfrowego można porównać do wchodzenia po schodach lub odczytywania godziny z elektronicznego wyświetlacza, bowiem opiera się ono na sekwencji precyzyjnych, odseparowanych kroków i impulsów aplikowanych w konkretnych momentach. Z kolei system analogowy przypomina płynne wjeżdżanie po rampie bądź ruch wskazówek tradycyjnego zegara, gdzie modulacja informacji odbywa się w sposób ciągły. Ta bezstopniowa charakterystyka sprawia, że komputer analogowy wykazuje znacznie większą efektywność przy analizowaniu systemów wysoce dynamicznych i zmiennych.

Dzięki tej technologicznej hybrydyzacji naukowcy zyskują dwa zupełnie odmienne podejścia do rozwiązywania problemów. Cyfrowe komputery kwantowe w MareNostrum-Ona idealnie sprawdzają się w zaawansowanej matematyce, kryptografii czy algorytmach wyszukiwania (takich jak algorytm faktoryzacji Shora czy algorytm Grovera). Z kolei nowy system analogowy poradzi sobie ze złożoną optymalizacją problemów logistycznych, kwantowym uczeniem maszynowym oraz trenowaniem modeli sztucznej inteligencji.

Platforma analogowa w ramach EuroQCS-Spain została zoptymalizowana pod kątem bardzo konkretnych zadań. Doskonale sprawdza się w złożonych problemach optymalizacyjnych, takich jak zarządzanie sieciami energetycznymi, logistyka czy modelowanie finansowe. Umożliwia też przeprowadzanie symulacji kwantowych cząsteczek i materiałów dla fizyki i chemii, a także otwiera zupełnie nowe możliwości dla sztucznej inteligencji wspieranej technologią kwantową.

Połączenie tych cech z systemami cyfrowymi oddaje w ręce naukowców kompletny i zunifikowany pakiet narzędzi obliczeniowych. Dotychczasowa kwantowa część MareNostrum 5 ma już na koncie pewne sukcesy. Od uruchomienia pierwszych maszyn w lutym 2025 r. przepracowały one 4200 godzin, realizując 53 projekty badawcze wyłonione w oficjalnych konkursach Hiszpańskiej Sieci Superkomputerowej (RES).

Nowo powstała infrastruktura będzie otwarta dla szerokiego grona europejskich badaczy oraz sektora przemysłowego za pośrednictwem naborów ogłaszanych przez EuroHPC oraz RES. Aby ułatwić wdrożenie użytkowników i pełne wykorzystanie potencjału systemu, kontrakt gwarantuje kompleksowe szkolenia oraz ciągłe wsparcie techniczne zapewniane przez Do IT Now i Qilimanjaro. Ta ostatnia firma oferuje zdalny dostęp do multimodalnych centrów danych poprzez platformę SpeQtrum QaaS oraz dostarcza systemy stacjonarne (on-premise) dla centrów superkomputerowych dążących do integracji kwantowo-klasycznej.

EuroHPC JU zakupiło dotychczas 6 komputerów kwantowych w różnych krajach - oprócz Hiszpanii 3 z nich zostały już zainaugurowane w Polsce - o czym pisaliśmy w GeekWeeku, a także w Czechach i Niemczech. Lokalne zaangażowanie i produkcja technologii w Europie, wspierane przez sojusze publiczne, mają na celu uniezależnienie kontynentu od amerykańskich gigantów technologicznych oraz zagranicznej infrastruktury.

Dzięki temu przedsięwzięciu Hiszpania umacnia swoją pozycję jako globalny hub technologiczny, w którym klasyczne superkomputery krzemowe oraz cyfrowe i analogowe komputery kwantowe współpracują ramię w ramię, stawiając czoła najtrudniejszym wyzwaniom naukowym i przemysłowym naszych czasów.