В этом году IBM планирует установить новый рекорд, разработав самый мощный квантовый компьютер из когда-либо созданных, объединив вычислительную мощь нескольких параллельно соединенных квантовых процессоров. Это заявление последовало за успешной демонстрацией соединения двух квантовых процессоров. Ожидается, что такая стратегия позволит достичь рекордного количества обрабатываемых кубитов к 2025 году, а к 2026 году — более 4 000 кубитов.
Квантовые процессоры, или блоки квантовой обработки (QPU), — это основные строительные блоки квантовых компьютеров, позволяющие манипулировать квантовыми битами (кубитами). В некотором смысле они являются квантовым эквивалентом центрального процессора (ЦП) в обычных компьютерах. Около шести лет назад первый QPU, разработанный IBM, был способен обрабатывать 20 кубитов. Сегодня самый большой QPU компании Condor имеет 1 121 кубитов, а начинающий Atom Computing - 1 180.
Начиная уже с этого года, IBM планирует разработать еще более крупные процессоры, способные обрабатывать до нескольких тысяч кубитов. Однако разработка QPU сталкивается с серьезной проблемой: частота ошибок растет по мере увеличения размеров системы. Чтобы преодолеть это препятствие, необходимы надежные системы коррекции ошибок. Для этого IBM предлагает модульный подход, предполагающий сочетание различных компонентов.
«Наша цель — создание квантово-ориентированных суперкомпьютеров», — пояснил Джей Гамбетта, вице-президент IBM по квантовым компьютерным исследованиям, в блоге, посвященном дорожной карте компании на 2025 год. «Квантово-ориентированный суперкомпьютер будет объединять квантовые процессоры, классические процессоры, квантовые коммуникационные сети и классические сети, и все это будет работать вместе, чтобы изменить способ вычислений».
Такая стратегия в конечном итоге позволит использовать вычислительную мощь нескольких QPU, подключенных параллельно и работающих как единое целое.
В ноябре прошлого года команда IBM провела первую экспериментальную демонстрацию двух QPU, соединенных параллельно и работающих как единое устройство. Каждый из них (Eagle QPU) может обрабатывать до 127 кубитов и подключается к другому в режиме реального времени через обычную систему связи. Это позволяет управлять квантовыми затворами (строительными блоками квантовых схем) классическим способом в рамках динамической схемы. В сборку также встроено устройство для устранения ошибок и система для индуцирования квантовых состояний, требующих периодического подключения.
Компания планирует распространить эту стратегию на новое поколение QPU Flamingo, способных обрабатывать 462 кубита. По крайней мере три из них будут подключаться параллельно и объединяться в систему, способную обрабатывать до 1 386 кубитов, что значительно превзойдет текущий рекорд. «Наше обучение масштабированию позволит объединить все эти достижения, чтобы полностью использовать их потенциал», — объясняет Гамбетта. Этот шаг позволит перейти к следующему, который будет заключаться в разработке мультичипового процессора Kookaburra, способного самостоятельно обрабатывать 1 386 кубитов. В 2026 году компания планирует соединить три QPU Kookaburra через квантовый канал связи, что позволит обрабатывать впечатляющее количество кубитов: в общей сложности 4 158.
«Сочетание этих технологий (классическое распараллеливание, многочиповые квантовые процессоры и квантовое распараллеливание) дает нам все необходимые ингредиенты для того, чтобы вывести наши компьютеры туда, куда нас приведет наша дорожная карта», — говорит Гамбетта. Однако потребуется еще несколько лет, чтобы продемонстрировать, насколько хорошо работают эти модульные QPU, считает эксперт. Это связано с тем, что для их подключения и синхронизации требуются сотни компонентов, называемых «соединителями», а команда IBM пока разработала только два типа. Кроме того, для полностью модульных квантовых компьютеров будет необходим совершенно другой тип соединителей (по словам компании, он находится в стадии разработки). Эти компоненты различаются в зависимости от того, соединяют ли они соседние или удаленные QPU. Тем не менее «к 2025 году мы устраним основные барьеры на пути масштабирования квантовых процессоров благодаря модульному квантовому оборудованию, управляющей электронике и криогенной инфраструктуре, которые его сопровождают», — заключает Гамбетта.