Pejzaž hardvera za kvantno računarstvo; avgust 2026 (nepotpuno)[1]¶
Svaki panel je jedna fizička platforma kubita. Unutar panela subjekti su razvrstani u kolone:
velike kompanije,
startapi,
univerzitetske laboratorije.
Ideja ove liste jeste da pruži pregled različitih načina na koje se danas grade kvantni računari.
Superprovodni kubiti su danas jedna od najnaprednijih fizičkih realizacija kvantnih računara. Njihova osnova je otkriće da makroskopski kvantni efekti mogu da opstanu i u električnim kolima. To je veoma značajno, jer se kvantno-mehanički efekti obično ispoljavaju samo pod strogim uslovima i to:
u veoma malim sistemima, na nivou atoma i molekula,
na izuzetno niskim temperaturama.
Upravo mogućnost da kvantno stanje preživi na makroskopskoj skali tj. u kolu koje se može projektovati i proizvesti kao čip čini ovu platformu posebnom.
Za prvobitne ali i najvažnije doprinose u toj oblasti dodeljena je Nobelova nagrada za fiziku 2025. godine.
Nobelova nagrada za fiziku 2025: John Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis, za otkriće makroskopskog kvantnog tunelovanja i kvantizacije energije u električnim kolima. Ilustracija: Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach. [Nobelova nagrada 2025] (https://
Ključ je u samoj superprovodnosti: na dovoljno niskim temperaturama elektroni se udružuju u tzv. Kuperove (eng. Cooper) parove i kroz materijal teku bez otpora, kao jedno kolektivno kvantno stanje opisano zajedničkom talasnom funkcijom.
Od običnog provodnika do superprovodnika: elektroni se udružuju u Kuperove parove i formiraju kolektivno kvantno stanje; prekid u ilustraciji označava Josephson-ov spoj. Ilustracija: Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences.
Da bi se od takvog kola dobio kubit, u njega se ubacuje Džosefsonov (eng. Josephson) spoj: tanka barijera koja prekida superprovodnu putanju. Bez njega, LC-kolo ima jednako raspoređene energetske nivoe i ponaša se kao običan oscilator.
Džozefsonov spoj čini nivoe neravnomerno raspoređenim, pa se dva najniža mogu izdvojiti i koristiti kao stanja i što zapravo čini kubit.
LC-kolo bez Džozefsonov spoja ima jednako raspoređene energetske nivoe (levo); dodavanjem spoja nivoi postaju neravnomerni, pa se dva najniža izdvajaju kao kubit (desno). L je induktor, C je kondenzator. više detalja; Börner et al., Classical chaos in quantum computers, Phys. Rev. Research 6, 033128 (2024).
Klasični limit superprovodnih kubit. Više detalja na Börner et al., Classical chaos in quantum computers, Phys. Rev. Research 6, 033128 (2024).
Prednosti ove platforme:
operacije (kapije) su veoma brze, reda nanosekundi;
njima se upravlja standardnim mikrotalasnim signalima i postojećom elektronikom;
platforma je najzrelija i industrijski najrazvijenija, sa velikim ulaganjima (IBM, Google i dr.).
Zarobljeni joni su danas jedna od najpreciznijih realizacija kubita. Kubiti su pojedinačni naelektrisani atomi koje elektromagnetne zamke (najčešće linearne Paul-ove) drže u vakuumu, dok se njihova stanja pripremaju, kontrolišu i očitavaju laserima.
Prednosti su značajne: svi joni jedne vrste su međusobno identični, pa nema proizvodnih odstupanja kao kod čvrstotelnih kubita, koherencija je duga, a operacije veoma tačne. Uz to, joni u istom registru mogu direktno da interaguju svaki sa svakim („all-to-all“ povezanost), što pojednostavljuje mnoge algoritme. Glavna cena su sporije operacije i teže skaliranje na veliki broj jona u jednoj zamci.
Ispod možete videti više detalja oko ove realizacije.
Kvantna kapija između dva jona: laserski snopovi nišane pojedinačne jone u nizu (razmak ~4 μm) i posreduju u interakciji između njih, čime se ostvaruje dvokubitna operacija. Izvor: predavanje, YouTube.
„Racetrack“ arhitektura (Quantinuum H2): joni se naponima na elektrodama (DC/RF) pomeraju duž prstenaste zamke i dovode u zone za izvođenje kapija i merenje. Izvor: arXiv:2305.03828.
Neutralni atomi su platforma u snažnom usponu. Kubiti su pojedinačni atomi (npr. rubidijum ili stroncijum) koje laserske „optičke pincete“ hvataju i ređaju u proizvoljne nizove, dok se interakcija između njih ostvaruje pobuđivanjem u Rydbergova stanja — a velika prednost je lako skaliranje na hiljade kubita.
Put od laserskog hlađenja do kvantne logike: optičke pincete, snimanje i kontrola pojedinačnih atoma, Rydbergova interakcija i dvokubitna (CZ) kapija. Izvor: LinkedIn.
Neutralnih atoma u akciji: optičke pincete premeštaju pojedinačne atome i sprežu ih u logičke kubite. Izvor: Bluvstein et al., Nature (2023), s41586-023-06927-3.
Poređenje između različitih arhitektura¶
Pošto smo videli koliko je različitih platformi u igri, prirodno se nameće pitanje: koja je najbolja? Kratak odgovor je: zavisi!
Svaka platforma pravi drugačiji kompromis između broja kubita, tačnosti operacija, brzine i povezanosti.
Kratko vizuelno poređenje možete pogledati u ovom videu: YouTube.
Napredak u tačnosti dvokubitnih operacija tokom godina, po različitim platformama.
Dalje zanimljivosti¶
Koliko je polje postalo živo, govori i broj kompanija koje danas rade na kvantnom hardveru. Izvor: LinkedIn.
Jovan Odavić · dzovan90 [at] gmail [dot] com · www.jovanodavic.com
Listu je prvenstveno napravio Daniel Miller — Freie Universität Berlin, https://
www .physik .fu -berlin .de /en /einrichtungen /ag /ag -eisert /team /phd /miller /index .html
- AbuGhanem, M. (2024). IBM Quantum Computers: Evolution, Performance, and Future Directions. 10.48550/ARXIV.2410.00916
- Arute, F., Arya, K., Babbush, R., Bacon, D., Bardin, J. C., Barends, R., Biswas, R., Boixo, S., Brandao, F. G. S. L., Buell, D. A., Burkett, B., Chen, Y., Chen, Z., Chiaro, B., Collins, R., Courtney, W., Dunsworth, A., Farhi, E., Foxen, B., … Martinis, J. M. (2019). Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature, 574(7779), 505–510. 10.1038/s41586-019-1666-5
- Putterman, H., Noh, K., Hann, C. T., MacCabe, G. S., Aghaeimeibodi, S., Patel, R. N., Lee, M., Jones, W. M., Moradinejad, H., Rodriguez, R., Mahuli, N., Rose, J., Owens, J. C., Levine, H., Rosenfeld, E., Reinhold, P., Moncelsi, L., Alcid, J. A., Alidoust, N., … Painter, O. (2025). Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits. Nature, 638(8052), 927–934. 10.1038/s41586-025-08642-7
- Reagor, M., Osborn, C. B., Tezak, N., Staley, A., Prawiroatmodjo, G., Scheer, M., Alidoust, N., Sete, E. A., Didier, N., da Silva, M. P., Acala, E., Angeles, J., Bestwick, A., Block, M., Bloom, B., Bradley, A., Bui, C., Caldwell, S., Capelluto, L., … Rigetti, C. T. (2018). Demonstration of universal parametric entangling gates on a multi-qubit lattice. Science Advances, 4(2). 10.1126/sciadv.aao3603
- Abdurakhimov, L., Adam, J., Ahmad, H., Ahonen, O., Algaba, M., Alonso, G., Bergholm, V., Beriwal, R., Beuerle, M., Bockstiegel, C., Calzona, A., Chan, C. F., Cucurachi, D., Dahl, S., Davletkaliyev, R., Fedorets, O., Frieiro, A. G., Gao, Z., Guldmyr, J., … Yurtalan, A. (2024). Technology and Performance Benchmarks of IQM’s 20-Qubit Quantum Computer. arXiv. 10.48550/ARXIV.2408.12433
- Réglade, U., Bocquet, A., Gautier, R., Cohen, J., Marquet, A., Albertinale, E., Pankratova, N., Hallén, M., Rautschke, F., Sellem, L.-A., Rouchon, P., Sarlette, A., Mirrahimi, M., Campagne-Ibarcq, P., Lescanne, R., Jezouin, S., & Leghtas, Z. (2024). Quantum control of a cat qubit with bit-flip times exceeding ten seconds. Nature, 629(8013), 778–783. 10.1038/s41586-024-07294-3
- Lachance-Quirion, D., Lemonde, M.-A., Simoneau, J. O., St-Jean, L., Lemieux, P., Turcotte, S., Wright, W., Lacroix, A., Fréchette-Viens, J., Shillito, R., Hopfmueller, F., Tremblay, M., Frattini, N. E., Camirand Lemyre, J., & St-Jean, P. (2024). Autonomous Quantum Error Correction of Gottesman-Kitaev-Preskill States. Physical Review Letters, 132(15). 10.1103/physrevlett.132.150607
- Krinner, S., Lacroix, N., Remm, A., Di Paolo, A., Genois, E., Leroux, C., Hellings, C., Lazar, S., Swiadek, F., Herrmann, J., Norris, G. J., Andersen, C. K., Müller, M., Blais, A., Eichler, C., & Wallraff, A. (2022). Realizing repeated quantum error correction in a distance-three surface code. Nature, 605(7911), 669–674. 10.1038/s41586-022-04566-8
- Sung, Y., Ding, L., Braumüller, J., Vepsäläinen, A., Kannan, B., Kjaergaard, M., Greene, A., Samach, G. O., McNally, C., Kim, D., Melville, A., Niedzielski, B. M., Schwartz, M. E., Yoder, J. L., Orlando, T. P., Gustavsson, S., & Oliver, W. D. (2021). Realization of High-Fidelity CZ and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> </mml:math> -Free iSWAP Gates with a Tunable Coupler. Physical Review X, 11(2). 10.1103/physrevx.11.021058
- Chen, Z., Liu, W., Ma, Y., Sun, W., Wang, R., Wang, H., Xu, H., Xue, G., Yan, H., Yang, Z., Ding, J., Gao, Y., Li, F., Zhang, Y., Zhang, Z., Jin, Y., Yu, H., Chen, J., & Yan, F. (2025). Efficient implementation of arbitrary two-qubit gates using unified control. Nature Physics, 21(9), 1489–1496. 10.1038/s41567-025-02990-x
- Börner, S.-D., Berke, C., DiVincenzo, D. P., Trebst, S., & Altland, A. (2024). Classical chaos in quantum computers. Physical Review Research, 6(3). 10.1103/physrevresearch.6.033128
- Börner, S.-D., Berke, C., DiVincenzo, D. P., Trebst, S., & Altland, A. (2024). Classical chaos in quantum computers. Physical Review Research, 6(3). 10.1103/physrevresearch.6.033128
- Pino, J. M., Dreiling, J. M., Figgatt, C., Gaebler, J. P., Moses, S. A., Allman, M. S., Baldwin, C. H., Foss-Feig, M., Hayes, D., Mayer, K., Ryan-Anderson, C., & Neyenhuis, B. (2021). Demonstration of the trapped-ion quantum CCD computer architecture. Nature, 592(7853), 209–213. 10.1038/s41586-021-03318-4
- Radnaev, A. G., Chung, W. C., Cole, D. C., Mason, D., Ballance, T. G., Bedalov, M. J., Belknap, D. A., Berman, M. R., Blakely, M., Bloomfield, I. L., Buttler, P. D., Campbell, C., Chopinaud, A., Copenhaver, E., Dawes, M. K., Eubanks, S. Y., Friss, A. J., Garcia, D. M., Gilbert, J., … Noel, T. W. (2025). Universal Neutral-Atom Quantum Computer with Individual Optical Addressing and Nondestructive Readout. PRX Quantum, 6(3). 10.1103/66s8-jj18
- Henriet, L., Beguin, L., Signoles, A., Lahaye, T., Browaeys, A., Reymond, G.-O., & Jurczak, C. (2020). Quantum computing with neutral atoms. Quantum, 4, 327. 10.22331/q-2020-09-21-327