По информации с официального сайта IBM, компания соединила два модульных квантовых криостата и охладила их до единой сверххолодной среды. Это ключевая инженерная веха на квантовой дорожной карте IBM, означающая, что в будущем сотни квантовых чипов смогут быть объединены через модульную криогенную систему в более мощный отказоустойчивый квантовый компьютер.
Цель этой криогенной архитектуры — проложить путь по трём направлениям: модульность, совместное использование и сверххолодная среда, чтобы соединить сотни квантовых чипов для решения задач большего масштаба. IBM заявляет, что завершение новой системы является вехой на пути к программе «IBM Quantum Starling» (далее — «Starling»). Эта программа предусматривает поставку к 2029 году крупномасштабного отказоустойчивого квантового компьютера с интеграцией достижений в области кодов коррекции ошибок, проектирования процессоров, декодирования и системной инженерии. Он может стать первым в мире отказоустойчивым квантовым компьютером.
После объединения первых двух введённых в эксплуатацию криостатов их высота и ширина превышают 8 футов. Предварительные испытания показали, что вся система может быть совместно охлаждена от комнатной температуры до 4 кельвинов (температуры жидкого гелия) менее чем за 5 дней; после этого конечная температура дополнительно снижается до уровня ниже 15 милликельвинов. Эта температура более чем в 180 раз ниже, чем в глубоком космосе, что обеспечивает необходимую тепловую среду для стабильной работы сверхпроводящих кубитов.
Внутри вакуумного корпуса каждого криостата объём пространства для прокладки кабелей увеличен до 12 раз по сравнению с наиболее широко развёрнутой квантовой системой IBM, что обеспечивает более обильные возможности межсоединений чипов как внутри криостата, так и между криостатами. Новая конструкция использует прямоугольную форму корпуса, позволяя нескольким модулям плотно располагаться рядом, используя расширенное пространство для прямого соединения квантовых процессоров через собственный L-каплер IBM. L-каплер предназначен для соединения различных квантовых чипов, позволяя им обмениваться информацией, взаимодействовать друг с другом и работать совместно как часть более крупного квантового компьютера.
Согласно квантовой дорожной карте IBM, к 2027 году компания планирует объединить несколько процессоров с помощью L-каплеров в более крупный квантовый компьютер с как минимум 1000 программируемых кубитов, которые можно напрямую использовать для выполнения вычислений. К моменту поставки «Starling» IBM планирует размещать тысячи кубитов в каждом криостате.
В прошлом году, одновременно с анонсом «Starling», IBM представила новый код коррекции ошибок, значительно снижающий затраты физических ресурсов, необходимых для достижения отказоустойчивости. С тех пор компания добилась последовательных прорывов в демонстрации ключевых аппаратных компонентов и эффективном декодировании ошибок. Теперь достижение в области модульных криогенных систем устранило ещё одно крупное инженерное препятствие на пути к ускоренному созданию отказоустойчивых квантовых вычислений.
IBM считает, что масштабируемая модульная криогенная система ускорит темпы её инноваций, а новая конструкция позволяет независимо тестировать, совершенствовать и быстро итерировать каждый компонент.
Исследователи ответили на давний вопрос с помощью инженерных доказательств: осуществим ли модульный криогенный путь масштабирования на дороге к квантовому компьютеру? Теперь ответ почти однозначно положительный — похоже, можно расширять масштаб квантовых систем постепенно, подобно сборке из кубиков. Это значительно снижает порог создания отказоустойчивого квантового компьютера. А когда такой квантовый компьютер появится и достигнет 100 миллионов квантовых операций, его вычислительная мощность, как ожидается, будет примерно в 20 000 раз выше, чем у существующих квантовых компьютеров. Многие задачи в науке — от моделирования молекул лекарств и дизайна новых материалов до оптимизации финансовых портфелей и климатического моделирования — могут получить практический прорыв.