IBM Революціонізує Квантові Обчислення: Представлено Модульну Кріогенну Систему для Ери Відмовостійкості

Революційний Прорив у Квантовій Інфраструктурі

IBM зробила вагомий крок уперед у сфері квантових обчислень, презентувавши інноваційну модульну та масштабовану кріогенну систему. Цей надсучасний розробник покликаний об’єднати сотні квантових процесорних блоків (QPU), вирішуючи одну з ключових інфраструктурних перешкод, що гальмують розвиток галузі.

Квантові “Холодильники” для Відмовостійкості

Компанія переконана, що її нові “квантові холодильники” відкриють шлях до створення першого у світі відмовостійкого квантового комп’ютера вже у 2029 році. Ці стабільні системи використовують передові методи квантової корекції помилок, що дозволяє в реальному часі усувати шуми та безперебійно виконувати квантові операції. Досягнення відмовостійкості відкриє нові горизонти для наукових досліджень у численних сферах. Від хімії та матеріалознавства до теоретичної фізики, вчені зможуть проводити квантові обчислення, що значно перевершують можливості сучасних суперкомп’ютерів, не турбуючись про те, що надмірна кількість помилок зведе результати нанівець. Досі одним з найсуттєвіших бар’єрів на шляху від сучасних систем, схильних до помилок, до відмовостійких надпровідних квантових комп’ютерів, здатних бездоганно виконувати мільйони операцій, була саме інфраструктура. Представники IBM стверджують, що ця проблема вирішена завдяки їхній модульній, взаємопов’язаній системі квантових холодильників.

Інноваційна Кріогенна Архітектура IBM

Нова кріогенна система складається з окремих модулів розміром 2.4 метра у висоту та 2.4 метра в ширину, з внутрішнім об’ємом близько 0.25 кубічного метра. Зовні вони нагадують побутовий холодильник, але здатні досягати температур до 10 мілікельвінів (приблизно -273.14 градусів Цельсія) – це надзвичайно близько до абсолютного нуля, найнижчої теоретично можливої температури, і більш ніж у 180 разів холодніше, ніж глибокий космос. Такі екстремально низькі температури є критично важливими для коректної роботи надпровідних квантових процесорних блоків (QPU) від IBM. Модульна конструкція дозволяє інженерам поетапно розширювати потужність та функціонал системи. За словами представників IBM, цей прорив знаменує перший випадок успішної демонстрації взаємозв’язку між QPU, розміщеними в різних кріогенних модулях.

Модульність у Квантових Обчисленнях

Подібно до класичних комп’ютерів, надпровідні квантові комп’ютери використовують вбудовані схеми, або “гейти”, для виконання обчислювальних операцій. Однак, інженери мають обмежену можливість розміщувати кількість кубітів на одному чіпі. Кожен чіп потребує охолодження до температури нижче 15 мК (-273.14 °C) для належного функціонування в архітектурі IBM. Причина полягає в тому, що кубіти є “шумними” – вони природно схильні до помилок значно більше, ніж компоненти класичних обчислень. Щоб задіяти квантово-механічні властивості надпровідних матеріалів, що використовуються в кубітах, без збоїв у розрахунках, вчені повинні мінімізувати вплив теплових та інших чинників, таких як електромагнітні хвилі. Для досягнення необхідних температур у нових холодильниках інженери використовують кріогенне обладнання від сторонніх виробників, яке включає гелієві кріокомпресори та комерційні холодильні установки для охолодження. Термозахист забезпечується вакуумними камерами, екранами від електромагнітних перешкод та багатошаровими тепловими екранами з майлару. За даними IBM, охолодження модулів до приблизно 4 К (-269.15 °C) займає понад чотири дні, після чого відбувається остаточне охолодження до температур нижче 15 мК. Розширення системи за межі кількох сотень чи тисяч гейтів вимагає більше чіпів та простору. Проте, інженери не можуть просто збудувати величезну, надзвичайно холодну будівлю та заповнити її QPU. Це вимагало б колосальних інфраструктурних ресурсів і зробило б систему вразливою. Кожного разу, коли інженеру потрібно було б модернізувати систему, усунути несправність або перевірити чіпи, довелося б порушувати температурний режим, потенційно перериваючи роботу.

*У майбутньому десятки таких квантових холодильників IBM можуть бути об’єднані для створення потужніших систем.* (Автор зображення: IBM) Проривна система кріогеніки від IBM долає цю проблему, надаючи інженерам спеціалізовані модулі, здатні вмістити обмежену кількість чіпів. Ключова інновація полягає в можливості об’єднувати модулі в мережу для використання сукупної потужності окремих квантових процесорів. Це досягається шляхом впровадження “L-зв’язків” – надпровідних кабелів довжиною приблизно 1 метр. “Зазвичай, коли ми виконуємо квантові операції між кубітами, ми робимо це на чіпі”, – пояснив Олівер Діал, віце-президент з квантових операцій IBM, на прес-конференції 18 серпня. “Ми використовуємо внутрішньочіпові з’єднувачі, які працюють на дуже коротких відстанях, щоб створити заплутаність для виконання 2-кубітних гейтів. L-зв’язки дозволяють нам досягти того ж ефекту, але через алюмінієвий надпровідний кабель довжиною до метра. Це надзвичайно важливо для нас, оскільки це формує основу наших модульних конструкцій”.

Наближення Ери Відмовостійкості

IBM планує розгорнути свою нову модульну кріогенну архітектуру у 2027 році. Перші системи, що складатимуться з двох-трьох модулів, підтримуватимуть близько 1000 кубітів. Мета – досягти 100 мільйонів гейтів (тобто 100 мільйонів квантових операцій за один сеанс) до 2029 року з появою квантового комп’ютера IBM “Starling”. Але спочатку потрібно буде провести обчислення між модулями. Наразі вчені лише продемонстрували можливість взаємозв’язку двох кріогенних модулів та їх одночасного охолодження до необхідних робочих температур. Вони протестували модулі для простих гейт-операцій з процесором “Flamingo”, але складних операцій з ними ще не проводили. Команда планує встановити процесори поточного покоління “Nighthawk” найближчими днями.

*IBM використає цю технологію для живлення свого квантового комп’ютера Starling, який складатиметься з 10 000 фізичних кубітів, організованих у 200 логічних кубітів.* (Автор зображення: IBM)
• Вчені IBM стверджують, що досягли «квантової переваги» — і кидають виклик іншим довести протилежне
• Квантові обчислення використані для створення надзвичайно рідкісного матеріалу, критично важливого для ядерного синтезу
• Новий чіп використовує найбільшу слабкість квантових обчислень — і намагається перетворити її на силу “Ми відшліфували науку для досягнення відмовостійкості обчислень, і значна частина нашої поточної роботи над цим полягає в інженерії”, – зазначив Джеррі Чоу, головний технічний директор IBM з квантово-орієнтованих суперкомп’ютерів, на прес-конференції. “Це не один прорив для досягнення відмовостійкості. Це, по суті, тисячі маленьких інженерних досягнень, які ми демонструємо в усій нашій екосистемі – від процесорів, програмного стека, систем керування, інфраструктури до корекції помилок, яка знаходиться зверху”. Наразі квантові лабораторії використовують інші окремі кріогенні системи. Розробляються також квантові обчислювальні системи, що працюють при кімнатній температурі, наприклад, ті, що використовують фотони (частинки світла) або навіть лабораторно створені діаманти як кубіти. Під час прес-конференції представники IBM заявили, що “Starling” одного дня стане першим у світі відмовостійким квантовим комп’ютером. Проте, чи досягне компанія цієї мети, враховуючи, що інші компанії, що займаються квантовими обчисленнями, переслідують ту саму мету, залишається відкритим питанням.

Порада від Business News:

Ця новина є надзвичайно важливою для всіх, хто цікавиться майбутнім технологій. Розробка IBM не просто покращує існуючі квантові комп’ютери, а створює фундамент для нової ери – ери відмовостійких квантових обчислень. Це означає, що в недалекому майбутньому ми можемо побачити революційні відкриття в науці, медицині, матеріалознавстві та штучному інтелекті, які раніше здавалися недосяжними. Інвестиції в такі технології, як ця, свідчать про довгострокове бачення IBM та їхню готовність вести світ до наступного технологічного стрибка.

Sourse: www.livescience.com