Квантовые вычисления сталкиваются с серьезной проблемой: из‑за высокой чувствительности кубитов к внешним воздействиям в работе процессоров возникает множество ошибок, что мешает выполнять длинные цепочки операций. Чтобы решить эту проблему, IBM представила модульную криогенную систему, которая обеспечивает стабильно сверхнизкие температуры и позволяет объединять сотни квантовых чипов в единую сеть.
Сердце разработки — модульные криогенные блоки, каждый размером 2,4 м в высоту и ширину. Внутри них поддерживается экстремально низкая температура — около 10 милликельвинов (примерно −273,14 °C, почти на пороге абсолютного нуля), что более чем в 180 раз холоднее, чем в глубоком космосе. Для достижения таких значений системе требуется больше четырех дней поэтапного охлаждения: сначала температура опускается до 4 К (примерно −269,15 °C), а затем — ниже 15 мК (примерно −273,135 °C). Такой холод критически важен, потому что кубиты крайне чувствительны к любым внешним воздействиям — теплу, электромагнитным волнам и прочим шумам.
IBM"Мы досконально изучили вопрос отказоустойчивости в вычислениях, и… большая часть того, что мы делаем для достижения этой цели, — это инженерные разработки. Речь идет не об одном прорыве на пути к отказоустойчивости. На самом деле речь идет о тысячах небольших инженерных достижений, которые мы демонстрируем по всей нашей экосистеме — от процессоров до стека программного обеспечения, систем управления, инфраструктуры и исправления ошибок", - говорит Джерри Чоу, технический директор IBM по квантовым суперкомпьютерам.
Ключевое новшество архитектуры — возможность соединять отдельные модули между собой. Для этого инженеры используют L‑образные сверхпроводящие кабели длиной около метра: они позволяют выполнять квантовые операции между кубитами, расположенными в разных блоках. Это решает проблему масштабирования: вместо создания одного гигантского криостата система собирается из отдельных ячеек, каждую из которых можно обслуживать, не нарушая работу остальных.
Команда IBM уже продемонстрировала, что два криогенных модуля можно одновременно охладить до рабочей температуры и протестировать на них простые логические операции с помощью процессора «Фламинго». В ближайших планах — установка процессоров поколения «Найтхок». Цель компании — к 2029 году выпустить квантовый компьютер IBM Starling, который станет первым в мире отказоустойчивым устройством и сможет выполнять до 100 млн квантовых операций за один сеанс. Результаты этого этапа разработок открывают реальный путь к практическому использованию квантовых вычислений в химии, материаловедении и теоретической физике.
IBM будет использовать эту технологию для своего квантового компьютера Starling, в котором будет задействовано 10 000 физических кубитов, объединенных в 200 логических кубитов IBM