В этом году IBM намерена установить новый рекорд, создав самый мощный квантовый компьютер. Для этого компания объединит вычислительные возможности нескольких параллельно соединенных квантовых процессоров. Такое решение последовало после успешной демонстрации соединения двух квантовых процессоров. Предполагается, что к 2025 году с помощью такой стратегии удастся достичь рекордного количества обрабатываемых кубитов, а к 2026 году — более четырех тысяч.
Квантовые процессоры, или блоки квантовой обработки (QPU), составляют основу квантовых компьютеров и позволяют управлять квантовыми битами (кубитами). В каком-то смысле это квантовый аналог центрального процессора (ЦП) в обычных компьютерах. Шесть лет назад IBM представила первый QPU, который обрабатывал 20 кубитов. Сейчас у компании Condor самый большой QPU с 1121 кубитом, а у Atom Computing — 1180.
С текущего года IBM намерен разрабатывать процессоры большего размера, способные обрабатывать тысячи кубитов. Разработка QPU сталкивается с проблемой: частота ошибок увеличивается при росте размеров системы. Для преодоления этой трудности необходимы надежные системы коррекции ошибок.
Для достижения этой цели IBM предлагает модульное решение, состоящее из взаимосвязанных элементов. Мы стремимся создать суперкомпьютеры, построенные на принципах квантовой механики. «Квантово-ориентированный суперкомпьютер объединит квантовые процессоры, классические процессоры, квантовые коммуникационные сети и классические сети, которые будут работать вместе, чтобы изменить способ вычислений», — пояснил Джей Гамбетта, вице-президент IBM по квантовым компьютерным исследованиям, в блоге, посвященном дорожной карте компании на 2025 год. В конечном итоге такая стратегия позволит использовать вычислительную мощь нескольких QPU, подключенных параллельно и работающих как единое целое.
До 4 158 кубитов, обрабатываемых к 2026 году
В ноябре прошлого года команда IBM продемонстрировала соединение двух QPU Eagle, работающих как единое устройство. Каждый из них может обрабатывать до 127 кубитов. Подключение осуществляется в режиме реального времени через обычную систему связи. Управление квантовыми затворами происходит классическим способом в рамках динамической схемы. В сборку также входят устройство для устранения ошибок и система индуцирования квантовых состояний, требующих периодического подключения.
Компания намерена применить эту стратегию к новому поколению QPU Flamingo с возможностью обработки 462 кубитов. Не менее трех из них будут работать параллельно и формировать систему на 1 386 кубитов, что значительно превысит существующий рекорд.
«Развитие наших знаний в области масштабирования поможет соединить все эти успехи для полного раскрытия их возможностей. «— поясняет Гамбетта. Такой шаг даст возможность перейти к разработке мультичипового процессора Kookaburra, способного самостоятельно обрабатывать 1386 кубитов. В 2026 году компания намерена соединить три QPU Kookaburra через квантовый канал связи, что позволит обработать внушительное количество кубитов: всего 4158.
«Слияние этих технологий (классическое распараллеливание, многочиповые квантовые процессоры и квантовое распараллеливание) предоставит всё необходимое для достижения целей нашей дорожной карты. », — говорит Гамбетта.
Эксперт считает, что понадобится еще несколько лет, чтобы оценить эффективность модульных QPU.
Это обусловлено тем, что для их подключения и синхронизации требуется сотни компонентов, называемых «соединителями», а команда IBM разработала только два типа. Для полностью модульных квантовых компьютеров будет нужен другой тип соединителей (разработка которого, по словам компании, находится в стадии завершения). Эти компоненты различаются в зависимости от того, соединяют ли они соседние или удаленные QPU.
Тем не менее «К 2025 году устранение основных препятствий для маштабирования квантовых процессоров произойдет за счет модульного квантового оборудования, управляющей электроники и криогенной инфраструктуры. », — заключает Гамбетта.