Новый квантовый процессор IBM перешагнул отметку в 100 кубитов
IBM объявила, что ей удалось создать квантовый процессор Eagle («Орёл»), рассчитанный на 127 кубитов. Заявлено, что для описания квантового состояние всех 127 кубитов в классическом процессоре потребуется больше битов, чем количество атомов, существующих у всех людей, населяющих Землю. Компания планирует выпустить в 2022 году процессор Osprey с 433 кубитами, а в 2023 — Condor с 1 121 кубитом.
Появление нового чипа стало возможным благодаря объединению и доработке нескольких технологий, разработанных в предыдущих поколениях процессоров IBM Quantum, а также переходу на новую компоновку кубитов, о которой IBM объявила ранее в этом году (имеется в виду тяжёлая гексагональная компоновка — прим.). Эта компоновка соединяет кубиты в виде набора шестиугольников с общими сторонами. В этой схеме кубиты подключены к двум, трём или максимум четырём соседним устройствам, как если бы они находились по краям мозаичных шестиугольников.
Такое подключение уменьшило вероятность ошибок, вызванных взаимодействием между соседними кубитами, обеспечивая значительное повышение производительности функциональных процессоров. В среднем демонстрируется более низкий уровень подключения, чем у некоторых конкурирующих конструкций. Но в компании считают, что компромисс того стоит, так как позволяет уменьшить перекрестные помехи. Кубиты с меньшей вероятностью будут влиять на своих соседей, что приводит к ошибкам. Это позволило IBM увеличить плотность кубитов на кристалле.
Из других интересных достижений стоит выделить возможность настраивать частоты микроволн, на которые реагирует каждый отдельный кубит, предотвращая так называемые «столкновения», когда сигнал, предназначенный для одного кубита, может также изменять поведение других. Квантовый «компилятор» — программное обеспечение, которое упорядочивает порядок операций, выполняющих вычисления на квантовом оборудовании, — также может помочь избежать столкновений. Наконец, IBM снизила частоту ошибок основного функционального блока устройства, двухкубитного затвора, до 0,001. Это очень важно, ведь если частота ошибок остаётся постоянной, а количество кубитов увеличивается, то всё больше вычислений будут подвержены ошибкам.
Причина интереса к Eagle заключается в том, что он выводит квантовые вычисления в диапазон полезности. То есть даёт возможность выбраться за рамки того, что могут делать обычные компьютеры. Кроме того, новый процессор не нуждается в дополнительной электронике для чтения и записи данных. В долгосрочной перспективе это решение позволит снизить стоимость квантовых компьютеров.
Компоненты управления процессором размещены на нескольких физических уровнях, а все кубиты сосредоточены на одном. Такая конструкция позволила многократно увеличить вычислительную мощность при обработке алгоритмов. Это обычное явление для традиционных микросхем, но новое для мира квантовых вычислений. Сигнальные кабели также могут передавать мультиплексированные сигналы. Это важно, так как позволяет уменьшить объём пространства, занимаемых кабелями, необходимыми для компоновки по схеме «один кабель — один кубит», когда количество кубитов вырастет.
