3 września 2026 roku Forschungszentrum Jülich oraz firma eleQtron oficjalnie uruchomiły JION – cyfrowy komputer kwantowy wykorzystujący pułapkę jonową. System został zaprojektowany jako element infrastruktury JUNIQ, która pozwala łączyć obliczenia kwantowe z klasycznymi superkomputerami.
JION nie wykorzystuje klasycznych tranzystorów jako podstawowego elementu obliczeniowego. Jego kubitami są pojedyncze zjonizowane atomy iterbu. Atomy są umieszczane w komorze próżniowej i utrzymywane w określonych pozycjach za pomocą pól elektromagnetycznych.
W praktyce tworzy to coś w rodzaju niewidzialnego „łańcucha” pojedynczych jonów. Każdy z nich może pełnić funkcję kubitu, czyli kwantowego odpowiednika bitu.
W przeciwieństwie do komputerów kwantowych wykorzystujących kubity nadprzewodzące, JION nie wymaga chłodzenia procesora do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Zamiast tego kluczowe znaczenie ma utrzymanie jonów w próżni oraz precyzyjne sterowanie ich stanami kwantowymi.
Klasyczny bit może przyjmować wartość 0 albo 1. Kubit wykorzystuje natomiast właściwości mechaniki kwantowej i może znajdować się w superpozycji stanów.
Oznacza to, że jego stan można opisać jako kombinację |0⟩ i |1⟩. Dopiero wykonanie pomiaru daje konkretny wynik. Dzięki temu układy wielu kubitów mogą reprezentować i przetwarzać informacje w sposób niedostępny dla klasycznych bitów.
Sam fakt istnienia superpozycji nie oznacza jednak, że komputer kwantowy automatycznie wykonuje wszystkie możliwe obliczenia jednocześnie. Przewaga pojawia się dopiero wtedy, gdy odpowiednio zaprojektowany algorytm wykorzystuje interferencję stanów kwantowych, zwiększając prawdopodobieństwo uzyskania właściwego wyniku.
JION wykorzystuje technologię MAGIC – Magnetic Gradient Induced Coupling, opracowaną przez zespół z Siegen.
Zamiast klasycznego sterowania laserami system wykorzystuje mikrofale oraz kontrolowane gradienty pola magnetycznego. Pozwala to oddziaływać na poszczególne jony i wykonywać na nich operacje kwantowe.
Odpowiednio zmieniane pole magnetyczne pozwala również na bezpośrednie sprzęganie kubitów. Dzięki temu można wykonywać operacje pomiędzy wybranymi kubitami bez konieczności fizycznego przemieszczania jonów.
JION jest komputerem kwantowym typu gate-based. Oznacza to, że program jest realizowany poprzez wykonywanie określonej sekwencji bramek kwantowych na kubitach.
Można to uprościć do schematu:
stan początkowy → bramki kwantowe → splątanie/interferencja → pomiar → wynik
Klasyczny komputer przygotowuje zadanie i parametry obliczenia. JION wykonuje określone operacje kwantowe, a następnie wynik pomiaru jest przekazywany z powrotem do klasycznej części systemu.
To właśnie dlatego JION nie jest projektowany jako zamiennik klasycznego procesora. Ma wykonywać określone fragmenty obliczeń, dla których technologia kwantowa może w przyszłości zaoferować przewagę.
JION zostanie zintegrowany z infrastrukturą JUNIQ oraz połączony z klasyczną infrastrukturą HPC Jülich.
Dzięki temu możliwy jest hybrydowy model obliczeń. Klasyczny superkomputer zajmuje się zadaniami, w których jest lepszy, natomiast wybrane fragmenty problemu mogą zostać przekazane do procesora kwantowego.
Schemat wygląda więc mniej więcej tak:
superkomputer → przygotowanie problemu → JION → obliczenie kwantowe → wynik → superkomputer
Taki sposób pracy ma pozwolić naukowcom testować rzeczywiste hybrydowe algorytmy HPC–quantum, zamiast traktować komputer kwantowy jako całkowicie niezależne urządzenie.
JION jest przeznaczony przede wszystkim do badań i rozwijania zastosowań komputerów kwantowych. Forschungszentrum Jülich wskazuje między innymi:
Nie oznacza to jednak, że JION już teraz rozwiązuje te problemy szybciej od najlepszych klasycznych komputerów. Jednym z głównych celów jest właśnie sprawdzenie, gdzie komputery kwantowe rzeczywiście mogą zaoferować przewagę.
Obecna wersja jest początkiem większego projektu. JION ma być stopniowo rozwijany do 10 kubitów do połowy 2027 roku.
Następnie planowana jest generacja JION+, oparta na nowej, chipowej konstrukcji i mająca docelowo osiągnąć 40 kubitów do połowy 2028 roku.
Równolegle rozwijany jest projekt Q-STAR.NRW, którego celem jest integracja w JUNIQ skalowalnego komputera kwantowego wykorzystującego kubity półprzewodnikowe, docelowo z systemem mającym do 200 kubitów.
Nie. JION nie jest jeszcze komputerem, który zastąpi klasyczne procesory, karty graficzne czy superkomputery. Jego obecna skala jest zbyt mała, a współczesne komputery kwantowe nadal zmagają się z problemami błędów i stabilności kubitów.
Znaczenie JION polega na czymś innym. Jest to działający system kwantowy zintegrowany z prawdziwą infrastrukturą superkomputerową, który ma być udostępniany naukowcom i przemysłowi.
To pozwala przejść od samego budowania eksperymentalnych procesorów do testowania całych systemów: klasyczne HPC + quantum computing + oprogramowanie + rzeczywiste problemy obliczeniowe.
Jeżeli w przyszłości uda się znacząco zwiększyć liczbę kubitów, ograniczyć błędy i stworzyć skuteczną korekcję błędów kwantowych, takie hybrydowe systemy mogą stać się nową klasą infrastruktury obliczeniowej.