Квантовый прорыв: новая 3D-архитектура открывает путь к 10 000 кубитов на одном чипе
Ученые сообщают о создании революционного 3D-решения для разводки, которое позволяет стократно увеличить количество кубитов, поддерживаемых квантовым чипом.
Типичные процессоры квантовых компьютеров (QPU), как и классические центральные процессоры (CPU), традиционно строятся с использованием двумерной горизонтальной разводки. Однако такой подход ограничивает число кубитов, которые можно разместить на чипе. Например, современные чипы от Google и IBM содержат примерно 105 и 120 кубитов соответственно.
Новая архитектура под названием VIO-40K преодолевает это ограничение за счет использования трехмерной вертикальной разводки, как заявили представители компании QuantWare, разработавшей эту технологию. Архитектура VIO-40K поддерживает 40 000 линий ввода-вывода и состоит из полностью интегрированных модулей-чиплетов, соединенных через «сверхвысокоточные межчиповые соединения».
В результате создан единый QPU, способный поддерживать одновременную работу 10 000 кубитов на чипе, который даже меньше современных 100-кубитных аналогов. Это стократное превосходство над текущим уровнем развития сверхпроводящих квантовых компьютеров и, по словам QuantWare, первое в мире достижение такого количества кубитов на одном процессоре.
«Годы мы слышали о потенциале квантовых вычислений в химии, материаловедении и энергетике, но отрасль застряла на уровне 100-кубитных QPU, вынуждая теоретизировать о далеких технологиях, — заявил CEO QuantWare Мэтт Рейлаарсдам. — VIO от QuantWare наконец снимает это ограничение масштабирования, прокладывая путь экономически значимым квантовым компьютерам. С VIO-40K мы даем всему сообществу доступ к самой мощной и гипермасштабируемой архитектуре квантового процессора».
Вертикальная интеграция встречает квантовую демократизацию
По планам QuantWare, первые поставки VIO-40K начнутся в 2028 году. Для этого в 2026 году в Делфте (Нидерланды) компания построит фабрику по промышленному производству QPU. Она станет «одной из крупнейших в мире квантовых фабрик» и первой, полностью посвященной устройствам с открытой квантовой архитектурой (QOA).
Для сравнения, текущая дорожная карта IBM предполагает выход на уровень 2000 кубитов не ранее 2033 года, без каких-либо сроков для чипов на 10 000 кубитов.
Для большинства компаний, работающих со сверхпроводящими кубитами, узким местом является сам процесс создания процессоров. Поскольку на пластину можно уместить ограниченное число проводников, физикам приходится объединять несколько процессоров. Хотя соединения между кубитами на одном чипе обладают высокой точностью, связи между самими чипами часто имеют низкую точность, создавая помехи для передачи данных.
Серия VIO от QuantWare использует вертикальную разводку, которая, по утверждениям разработчиков, позволяет разместить до 10 000 кубитов на чипе, меньшем, чем современные 100-кубитные аналоги. Это достигается благодаря технологии чиплетов, где отдельно изготовленные модули объединяются в единый полноценный чип.
В отличие от современных QPU, полагающихся на низкоточные соединения «чип-к-чипу», чиплеты изначально изготавливаются отдельно, а затем герметично объединяются, создавая среду «система-на-чипе», способную работать как единый квантовый процессор.
«Квантовый мозг» в коробке
Планы QuantWare амбициозны по сравнению с конкурентами, и, как отмечают в компании, их преимущество — приверженность принципам открытой архитектуры (QOA).
В отличие от Google и IBM, QuantWare не создает комплексное end-to-end решение. Её QPU разработаны для работы с компонентами других компаний, такими как контроллеры Qblox и программное обеспечение Nvidia.
Это означает, что VIO-40K, по сути, будет готов к работе по принципу «включи и работай» с архитектурой Nvidia NVQLINK, предназначенной для соединения QPU с GPU в гибридных классическо-квантовых системах, что позволит интегрировать его в существующие суперкомпьютеры. Он также сможет работать с платформой Nvidia CUDA, позволяя разработчикам легко встраивать полные квантовые рабочие нагрузки в гибридные системы.
В конечном итоге это ставит QuantWare в положение потенциального поставщика аппаратного обеспечения для квантовых систем, подобного Intel в мире классических вычислений, открывая путь для широкого сотрудничества с другими игроками квантовой индустрии.
