IBM представила два новых квантовых процессора (QPU), разработанных для ускорения перехода к практическим квантовым вычислениям. Эти разработки включают 120-кубитный процессор Nighthawk, который обеспечивает прирост производительности на 30% по сравнению с предыдущими моделями, и 112-кубитный процессор Loon, разработанный как чертёж для полностью устойчивых к ошибкам квантовых вычислений.
Масштабирование Производительности с Nighthawk
Процессор Nighthawk улучшает связность кубитов за счёт усовершенствованных настраиваемых соединителей, позволяя каждому из его 120 кубитов соединяться с четырьмя соседями. Эта архитектура поддерживает квантовые вычисления, требующие до 5000 двухкубитных гейтов — фундаментальных операций в квантовых вычислениях. IBM планирует масштабировать Nighthawk до 7500 и 10000 гейтов к 2026 и 2027 годам соответственно, с долгосрочной целью в 15000 гейтов на 1000-кубитной системе к 2028 году.
Стремление к Ошибоустойчивости с Loon
Хотя количество кубитов важно, реальная проблема заключается в смягчении ошибок. Процессор Loon фокусируется на этом, интегрируя все аппаратные компоненты, необходимые для устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Это означает, что процессор предназначен для самообнаружения и исправления ошибок в реальном времени — важнейший шаг к надёжным квантовым вычислениям.
Почему Важна Коррекция Ошибок
Квантовые компьютеры по своей природе нестабильны, и кубиты подвержены ошибкам. Процессор Loon решает эту проблему за счёт включения технологий квантовой коррекции ошибок (QEC). QEC — это не создание более крупных процессоров; это создание более надёжных процессоров. 1000-кубитный чип Condor от IBM, хотя и большой, был менее перспективным, чем его 127-кубитный аналог Eagle, из-за более высокой частоты ошибок последнего.
Новые Технологии в Процессорах
Технический директор IBM, Оливер Диал, выделил несколько новых функций в процессорах: шестисторонние соединения кубитов (позволяющие каждому кубиту соединяться с шестью соседями), увеличенное количество слоёв маршрутизации, более длинные соединители и «сбрасывающие гаджеты» для возврата кубитов в их основное состояние. Эти технологии тестируются вместе впервые на 112-кубитном процессоре Loon.
Модульный Дизайн и Процессор Kookaburra
IBM также разрабатывает процессор Kookaburra, ожидаемый в 2026 году. Это будет первый QPU с модульным дизайном, объединяющий логические операции с хранением памяти. Модульный дизайн обеспечивает более масштабируемые и надёжные квантовые системы.
Отслеживание Квантового Преимущества
IBM создала трекер квантового преимущества для измерения того, когда квантовые компьютеры смогут решать проблемы, выходящие за рамки возможностей классических суперкомпьютеров. Трекер включает три первоначальных задачи: оценка наблюдаемых, вариационные проблемы и классически проверяемые проблемы.
Улучшения в Производстве Пластин
IBM также переходит к производству 300-мм (12-дюймовых) пластин. Этот новый формат сокращает время сборки процессора вдвое и увеличивает сложность чипа в десять раз. Процесс включает нарезку цилиндров из кремния на тонкие диски, проектирование схем с помощью программного обеспечения, травление схем, нанесение металлов, обработку пластин и наслоение/соединение чипов.
Заключение: Новейшие квантовые процессоры IBM, Nighthawk и Loon, представляют собой значительные шаги на пути к практическим квантовым вычислениям. Акцент на масштабировании производительности и коррекции ошибок, в сочетании с достижениями в производстве пластин, позиционирует IBM как лидера в гонке за достижением квантового преимущества и созданием устойчивых к ошибкам квантовых компьютеров к 2029 году.
