Новый шаг к квантовым вычислениям: IBM представила прорывные процессоры

Ученые из IBM создали два новых квантовых процессора (QPU), которые, по их словам, приблизят компанию к достижению квантового преимущества в следующем году и к созданию полностью отказоустойчивого квантового компьютера к 2029 году.

Первый процессор, названный IBM Quantum Nighthawk, представляет собой чип с 120 кубитами, способный обрабатывать квантовые вычисления, которые на 30% сложнее, чем то, что мог обработать предыдущий QPU компании — R2 Heron.

Кроме того, IBM представила еще один процессор, IBM Loom, с 112 кубитами, который, как утверждают ученые, включает все необходимые элементы для полной отказоустойчивости — квантовые компьютеры, которые самостоятельно обнаруживают и исправляют ошибки в реальном времени.

Процессор Nighthawk позволяет каждому из 120 кубитов соединяться с ближайшими четырьмя соседями в квадратной решетке благодаря 218 улучшенным настраиваемым соединителям. Это представляет собой увеличение на 20% количества соединителей по сравнению с предыдущим процессором Heron. Эта архитектура позволит ученым изучать задачи, требующие использования 5000 двухкубитных вентилей — основных операций запутывания, необходимых для квантовых вычислений.

Согласно представителям IBM, компания надеется, что будущие версии Nighthawk смогут добиться до 7500 и 10 000 вентилей к концу 2026 и 2027 годов соответственно. Затем, в 2028 году, ученые IBM планируют создать системы на базе Nighthawk с до 1000 кубитов, соединенными с помощью дальнобойных соединителей для достижения 15 000 двухкубитных вентилей.

Тем временем Loom — это меньший чип с 112 кубитами, который, по словам ученых IBM, демонстрирует все аппаратные элементы отказоустойчивых квантовых вычислений. Эти технологии предназначены для решения проблемы крайне высокой степени ошибок в кубитах — области, известной как коррекция квантовых ошибок (QEC). QEC является основной причиной, почему квантовые процессоры становятся более сложными, а не просто увеличиваются в количестве кубитов.

Так, например, в декабре 2023 года ученые IBM создали массивный чип на 1000 кубитов, названный Condor, но его гораздо меньший аналог, Eagle с 113 кубитами, был признан более интересным с точки зрения исследований благодаря пятиразовому снижению уровня ошибок. То же можно сказать и о Nighthawk по сравнению с Loom.

Главный технический директор IBM Quantum Оливер Дайал заявил, что ученые нуждаются в новых возможностях в процессорах для реализации кодов коррекции ошибок и соединителей, которые они намерены использовать в долгосрочной перспективе. Это включает соединения шесть на шесть, что позволяет кубиту соединяться до шести соседей, а не четырех, как в последнем QPU. Им также потребовались более сложные маршруты на поверхности чипа, а также более длинные соединители, а также «гаджеты сброса», которые возвращают кубит в основное состояние из возбужденного состояния.

«С Loom, впервые мы тестируем все эти функции вместе на 112-кубитном устройстве», — сказал Дайал. «Однако для того, чтобы он функционировал как отказоустойчивая память, каждая из этих 112 и более копий этих функций на чипе должна работать исключительно хорошо. Хотя это тот результат, на который мы надеемся, на практике выход может быть низким в начале на таком сложном устройстве. Он предназначен для того, чтобы позволить нам устранить проблемы и учиться заранее перед Kookaburra в следующем году».

Kookaburra будет еще одним процессором, ожидаемым в 2026 году, который, по словам представителей IBM, станет первым модульным QPU, предназначенным для хранения и обработки закодированной информации — совмещая логические операции с памятью.

К компании также объявила о запуске трекера квантового преимущества, который позволит отслеживать достижения в области квантовых вычислений. Квантовое преимущество — это когда квантовый компьютер может продемонстрировать решение задач, превосходя возможности классического суперкомпьютера.

IBM надеется представить свой первый квантовый чип с отказоустойчивыми функциями, названный Starling, к 2029 году, а гигантский 2000-кубитный чип Blue Jay планируется выпустить к 2033 году.