Революция в квантовых вычислениях: Квантовый компьютер Helios

Учёные из компании Quantinuum представили самый мощный квантовый компьютер в мире. Команда утверждает, что новая система способна решить задачу, для которой суперкомпьютер потребует энергии больше, чем вся мощность квазара — одного из самых ярких объектов во Вселенной.

В центре новой машины, названной Helios, находится квантовый процессор (QPU), состоящий из 98 физических кубитов из ионов бария. Эти кубиты размещены в форме «соединительного ионного ловца» — небольшой кольцеобразной структуры, которая образует перекрёсток в основании, прежде чем расширяться в две параллельные штанги.

Уникальная конфигурация кубитов повышает возможности обнаружения и исправления ошибок, обеспечивая значительно лучшую производительность по сравнению с существующими QPU. Учёные описали свои достижения в новом исследовании, опубликованном 5 ноября в сотрудничестве с Лабораторией Сандии.

Учёные утверждают, что этот квантовый компьютер — самый мощный на Земле, поскольку он успешно прошёл ряд контрольных тестов. Он также использовался для моделирования сверхпроводящего металла и сделал новое открытие о атомном поведении этого материала.

«Сейчас это действительно самый мощный квантовый компьютер на Земле, и я об этом не стесняюсь», — отметил Давид Хейз, директор по вычислительному дизайну и теории в Quantinuum.

Структура квантового компьютера

Учёные объединили 98 физических кубитов в 48 полностью откорректированных логических кубитов (48 пар с двумя запасными) — коллекций кубитов, которые обмениваются данными, чтобы минимизировать вероятность сбоев. Это позволило команде достичь «лучшей производительности», по словам Хейза.

Тем не менее, для достижения хороших результатов с 46 кубитами будет легче строить более крупные машины в будущем, когда учёные расширят их до миллионов кубитов, что необходимо для того, чтобы обойти самые быстрые суперкомпьютеры.

В дополнение к этому учёные создали новый язык программирования, названный Guppy, который основан на широко используемом языке Python и создан с учётом совместимости с будущими системами, устойчивыми к сбоям. Они также разработали новый контроллер с нуля для того, чтобы узел управления — классический «мозг» машины — мог обнаруживать ошибки в реальном времени.

Контроллер работает как классический компьютер и проектирует квантовые схемы во время их выполнения. Затем Helios использует графические процессоры Nvidia для декодирования информации об ошибках и отправляет исправления обратно в квантовый компьютер.

Теперь контроллер должен думать достаточно быстро, чтобы планировать и изменять квантовую задачу, чтобы кубиты не теряли свои деликатные квантовые состояния.

Новый уровень квантовых вычислений

В ходе своих экспериментов команда решила, что для логических кубитов нужно соотношение 10:1 (приблизительно 10 физических кубитов, связанных для создания одного логического кубита), но учёные из Quantinuum смогли снизить это соотношение до 2:1.

Также они провели эксперименты с 50 и 96 логическими кубитами, но результаты были не столь выдающимися. Однако успешные результаты с 46 кубитами помогут в дальнейшем построить более крупные устройства, которые смогут работать с миллионами кубитов и обойти существующие суперкомпьютеры.

Учёные также провели ряд экспериментов по моделированию высокотемпературного сверхпроводящего металла, в том числе нового материала La₃Ni₂O. Они обнаружили, что электроны в этом материале могут образовывать пары, делясь своей идентичностью в сверхпроводящем состоянии. Это открытие может привести к новым технологиям в области квантовых вычислений и материаловедения.

С уверенностью смотря в будущее, Хейз говорит о возможности масштабирования новой архитектуры: “Мы можем представить это как перекрёсток для кубитов, который позволяет им эффективно перемещаться и соединяться.” На этой основе они рассчитывают в дальнейшем создать машины нового поколения, работающие с огромным количеством кубитов.

Таким образом, Helios не только устанавливает новые рекорды в области квантовых технологий, но и открывает новые горизонты для научных открытий, меняя представления о вычислениях и их возможностях.