У світі, де технології розвиваються зі швидкістю світла, науковці пропонують ідеї, що видаються прямо зі сторінок науково-фантастичних романів. Одна з таких пропозицій може докорінно змінити наше уявлення про “хмарні обчислення”, вирішуючи при цьому одне з фундаментальних завдань квантових комп’ютерів. Адже цього року такі гіганти, як Amazon та Microsoft, вже оголосили про випуск власних квантових чипів, що свідчить про наближення ери квантових обчислень до реальності.
Квантові комп’ютери спираються на субатомні частинки, відомі як кубіти. Ці кубіти використовують явище суперпозиції, що дозволяє їм, на відміну від звичайних бітів сучасних комп’ютерів, бути не лише у стані нуля або одиниці, а й в обох станах одночасно. Ця унікальна здатність, потенційно, дозволить квантовим комп’ютерам одного дня досконало вирішувати надзвичайно складні наукові завдання зі швидкістю, яка раніше здавалася неможливою. Проте, з цими дивовижними машинами пов’язана одна суттєва проблема: більшість кубітів для коректної роботи потребують надзвичайно низьких температур, лише трохи вищих за абсолютний нуль. Будівництво таких систем у великих масштабах вимагатиме колосальних енергетичних витрат на їхнє охолодження.
Високо літати, щоб охолодити: пропозиція від KAUST
Нова пропозиція від дослідників з Університету науки і технологій імені короля Абдалли (KAUST) у Саудівській Аравії елегантно обходить цю проблему, застосовуючи надзвичайно оригінальний підхід. Університет KAUST – це провідний науково-дослідний заклад, розташований на узбережжі Червоного моря в Тувалі, Саудівська Аравія, відомий своїми інноваційними розробками в галузі науки та інженерії.
Команда, публікуючи свої напрацювання у поважному виданні npj Wireless Technology, пропонує використовувати дирижаблі, також відомі як аеростати, для підняття квантових комп’ютерів у стратосферу. Стратосфера – це другий основний шар атмосфери Землі, що розташований над тропосферою, приблизно на висоті від 10-15 до 50 кілометрів. Тут, на висоті близько 20 кілометрів (12,4 милі), температура сягає приблизно -50 °C (близько -58 °F), що є достатньо холодним для правильного функціонування кубітів. Ці системи вони називають Висотними Платформами з Квантовими Обчисленнями (Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms, QC-HAPs) і пропонують оснащувати їх не лише квантовими комп’ютерами, але й сонячними панелями та літій-сірчаними акумуляторами.
Як функціонуватиме квантова хмара?
Оскільки QC-HAPs плаватимуть далеко над хмарами та потенційно руйнівними погодними системами, вони зможуть працювати та заряджати свої батареї за допомогою сонячної енергії вдень, а вночі переходити на живлення від акумуляторів. Такий метод дозволить забезпечити безперебійну роботу протягом тривалого часу.
Щодо доступу до цих плаваючих комп’ютерів, команда пропонує передавати дані через атмосферу до базових станцій за допомогою світлових хвиль – процесу, відомого як оптичний зв’язок у вільному просторі. Цей метод нагадує процес, протестований раніше цього року, коли найдовший у світі квантовий комунікаційний канал використовував фотони для передачі та шифрування даних. Для випадків, коли небо затягнуте хмарами, дослідники пропонують оснащувати дирижаблі радіочастотною передачею. А для зменшення деградації сигналу команда зазначає, що платформи на нижчих висотах, підтримувані повітряними кулями, можуть слугувати ретрансляційними станціями.
Науковці стверджують, що їхня пропозиція може заощадити 21% енергетичних витрат для квантового комп’ютера, що використовує кубіти на основі іонних пасток. Іонні пастки – це індивідуально заряджені атоми, які утримуються на місці за допомогою електромагнітних полів і контролюються лазерами, що дозволяє досягти їх високої стабільності. Більше того, вони зазначають, що окремі дирижаблі можуть переміщатися по всьому світу за потребою і можуть бути об’єднані для збільшення обчислювальної потужності. Це створить “динамічний флот, здатний надавати масштабовані послуги квантових обчислень за запитом по всьому світу”, – за словами Віма Абдеррахіма, одного з трьох авторів дослідження.
Переваги та погляд у майбутнє
Команда визнає, що їхня концепція ще далека від реального впровадження, і першим кроком є значні досягнення в апаратному забезпеченні квантових обчислень. Проте, науковці планують продовжувати досліджувати шлях, на який їх вивела ця праця. “Наші наступні кроки – перейти від концептуальної та аналітичної стадії до більш орієнтованих на впровадження досліджень”, – підсумовує Осама Амін, науковий співробітник команди.
