В Федеративной Республике Германия официально введен в эксплуатацию новый квантовый компьютер под названием JION, основанный на захваченных ионах. Данное устройство предназначено для работы в связке с классическими суперкомпьютерами, расположенными в Юлихском исследовательском центре. Технология управления кубитами предполагает использование микроволнового излучения и градиентов магнитного поля, а в перспективе разработчики планируют увеличить количество кубитов до нескольких десятков.

Разработка JION стала возможной благодаря сотрудничеству немецкого квантового стартапа eleQtron и Юлихского суперкомпьютерного центра. Сокращение названия расшифровывается как Jülich trapped ION, что переводится как «Юлихский квантовый компьютер на захваченных ионах». Торжественная церемония запуска прошла 3 сентября 2026 года в Forschungszentrum Jülich, расположенном в земле Северный Рейн — Вестфалия.

В качестве базовых элементов JION выступают отдельные ионы, удерживаемые электромагнитными полями внутри вакуумной системы и организованные в структуру, напоминающую нить с бусинами. Квантовая информация кодируется во внутренних состояниях этих частиц, требующих точного управления для осуществления вычислительных операций.

Ключевой особенностью JION является метод управления этими ионами. Компания eleQtron использует технологию MAGIC – Magnetic Gradient Induced Coupling, что подразумевает создание связи посредством градиента магнитного поля. Для выполнения определенных операций применяется микроволновое излучение в сочетании с специально сформированными градиентами магнитного поля, что позволяет избежать использования сложной системы фокусированных лазерных лучей.

Использование микроволновых сигналов для воздействия на отдельные кубиты, а также магнитные градиенты для обеспечения взаимодействия между ионами, позволяет, по мнению разработчиков, снизить сложность управляющей электроники и открыть путь к созданию более масштабных квантовых процессоров.

Ключевое отличие JION от многих других ионных квантовых компьютеров заключается в том, что большая часть операций не требует сложных оптических систем. Технология MAGIC, изначально разработанная специалистами Университета Зигена, стала основой архитектуры eleQtron.

Ионные кубиты имеют ряд отличий от сверхпроводящих кубитов, которые широко применяются в квантовых вычислениях. Сверхпроводящим кубитам обычно требуется охлаждение до температур, лишь немного превышающих абсолютный ноль. Ионные системы могут функционировать без криогенного охлаждения самих кубитов, хотя для их работы всё равно необходимы сверхвысокий вакуум, стабильные электромагнитные поля и точные системы управления.

Основная цель разработки JION заключается не только в создании нового квантового процессора, но и в его постепенной интеграции в JUNIQ — единую инфраструктуру квантовых вычислений Юлихского суперкомпьютерного центра, которая предоставляет исследователям и компаниям доступ к различным квантовым системам.

В перспективе JION будет интегрирован с традиционным суперкомпьютером JURECA-DC. Это позволит формировать комбинированные вычислительные системы, в которых обычный суперкомпьютер будет обрабатывать те этапы работы, для которых наиболее эффективна классическая архитектура, а отдельные вычисления будут передаваться квантовому процессору.

Такой метод считается одним из наиболее вероятных способов применения квантовых компьютеров в обозримом будущем. В настоящее время квантовые процессоры не обладают достаточной мощностью и надёжностью для полной замены классических суперкомпьютеров. Поэтому специалисты стремятся использовать их как специализированные ускорители внутри более масштабной вычислительной системы.

К примеру, обычный компьютер может заниматься подготовкой данных, оптимизацией параметров и анализом полученных результатов, а квантовый модуль – выполнять отдельный алгоритм, для решения которого квантовая архитектура потенциально предоставляет преимущество. После этого результаты возвращаются в классическую часть вычислительного комплекса.

Именно такие комбинированные рабочие процессы планируется отработать в Юлихе. JUNIQ уже объединяет несколько квантовых платформ различных типов, что даёт возможность исследователям сравнивать архитектуры и выбирать наиболее подходящую для решения конкретной задачи.

По состоянию на дату официального запуска JION не представляет собой мощный квантовый компьютер, обладающий сотнями или тысячами кубитов. Согласно информации от Юлихского суперкомпьютерного центра, планируется поэтапное увеличение количества кубитов в системе до 10 к середине 2027 года.

В дальнейшем предусмотрен переход к JION+ – новой версии системы, основанной на более перспективной чиповой архитектуре. Разработчики рассчитывают достичь уровня примерно в 40 кубитов ко второй половине 2028 года. Таким образом, текущая версия JION рассматривается не как финальная разработка, а как начальный этап развития масштабной платформы.

Разработка осуществляется в рамках проекта EPIQ – совместной инициативы eleQtron и Юлихского суперкомпьютерного центра, направленной на создание ионных квантовых вычислений в Северном Рейне — Вестфалии. Правительство земли выделило приблизительно €21 млн на реализацию программы в течение четырех с половиной лет.

Параллельно с этим было объявлено о начале следующего этапа развития технологии, под названием SQALING. Проект получит до €25 млн из европейских фондов через программу Северного Рейна — Вестфалии. Целью проекта является адаптация ионной технологии, разработанной eleQtron, для создания более масштабируемой квантовой платформы на чипах, что позволит в будущем использовать её в промышленных целях.

Параллельно реализуется проект Q-STAR.NRW, целью которого является интеграция расширяемого квантового компьютера на основе полупроводниковых кубитов в платформу JUNIQ. На финансирование этого проекта заявлено до 35 миллионов евро, а планируемый размер будущей системы достигает 200 кубитов. В первоначальном сообщении Interesting Engineering была указана неточная сумма в 25 миллионов евро для данного проекта.

В Институте Юлиха создается инфраструктура, объединяющая квантовые компьютеры различных архитектур: на захваченных ионах, сверхпроводящих элементах и полупроводниковых кубитах, а также квантовые оптимизаторы и симуляторы. Предусматривается их интеграция с классическими высокопроизводительными вычислительными комплексами.

Данная стратегия позволяет избежать привязки к одной архитектуре, эффективность которой еще предстоит подтвердить, и вместо этого проводить непосредственное сравнение технологий при решении общих научных и промышленных задач.

Система JION будет применяться для исследований в области оптимизации, разработки новых материалов, фундаментальных наук, медицины и искусственного интеллекта. Однако преждевременно утверждать, что она уже способна решать эти задачи быстрее, чем классические суперкомпьютеры. На текущем этапе ее основная значимость заключается в совершенствовании технологии, масштабировании и организации совместной работы квантовых и традиционных вычислительных систем.

3 сентября 2026 года в Forschungszentrum Jülich был официально представлен квантовый компьютер JION. На текущий момент система функционирует, и дальнейшая работа будет заключаться в ее постепенной доводке и предоставлении доступа ученым и предприятиям посредством инфраструктуры JUNIQ.