В Австралии разрабатывают ускорители квантовых вычислений размером с видеокарту

Австралийско-немецкая компания занимается разработкой мощнейших ускорителей квантовых вычислений размером с видеокарту. Они работают при комнатной температуре, не уступая и даже превосходя современные громоздкие квантовые суперкомпьютеры с криоохлаждением, и в скором времени они станут достаточно компактными для работы в мобильных устройствах.

Квантовые вычисления на настольных компьютерах... А вскоре и в мобильных устройствах

 

Квантовые сверхпроводящие комплексы на данный момент являются громадными и чрезвычайно прихотливыми устройствами. Они должны быть изолированы от всего, что может нарушить процесс спина электрона и исказить вычисления. Это подразумевает необходимость изоляции от механических воздействий в вакуумных камерах, где на пару кубических метров объема может остаться считанное количество молекул. Это включает электромагнитную силу - например, IBM ограждает свои бесценные квантовые биты, или кубиты, мю-металлами, чтобы уничтожить все магнитные поля.

А также температурный режим. Все атомы с температурой более абсолютного нуля по определено находятся в вибрационной форме, и любая температура более чем на 10-15 тысячных доли градуса выше нулевого значения попросту сотрясает квантовые биты до такой степени, что они не могут сохранять "когерентность". По этой причине квантовые компьютеры, созданные по последнему слову техники, должны быть охлаждены криогенным способом с помощью дорогостоящих и сложных устройств, перед тем как кубиты будут поддерживать свое состояние в течение длительного времени и станут востребованными.

16-кубитный квантовый процессор IBM модели 2017 года, находящийся в криогенной камере.

 

Экстремальный вакуум, мю-металлы и криогенное охлаждение при микрокельвиновых температурах: это далеко не идеальное решение для доступных, портативных и легко масштабируемых квантовых вычислительных мощностей. Но австралийская компания утверждает, что она создала квантовый микропроцессор, которому не требуется ничего из перечисленного. Он прекрасно работает при комнатной температуре. Сейчас он размером со стоечный блок. В ближайшее время он достигнет размеров обычной видеокарты, а затем станет настолько мал, что его можно будет устанавливать в мобильные девайсы наравне с обычными процессорами.

Если эта компания сделает то, о чем утверждает, то преимущества квантовой технологии можно будет интегрировать в компьютеры практически любого размера, освободив эту сверхмощную технологию от ограничений, связанных с размерами и стоимостью суперкомпьютеров. Квантовое программное обеспечение и вычисления не нужно будет выполнять через быстрое подключение к мэйнфрейму или облаку, они будут выполняться на месте, где это необходимо. Довольно разрушительная вещь.

Компания Quantum Brilliance была образована в 2019 году на основе результатов исследований, проведённых её создателями в Национальном университете Австралии, где были реализованы технологии изготовления, масштабирования и управления кубитами, встроенными в синтетический алмаз.

Квантовый ускоритель, запланированный на 2025 год, будет предлагать ~50 кубитов в устройстве размером с видеокарту

реклама

 

Сама по себе эта область не нова - действительно, квантовые кубиты комнатной температуры существуют экспериментально уже более 20 лет. Вклад Quantum Brilliance в эту область заключается в разработке способов точного и воспроизводимого производства этих мельчайших элементов, а также в миниатюризации и интеграции структур управления, необходимых для передачи информации в кубиты и из них - двух ключевых областей, которые до сих пор не позволяли масштабировать эти устройства дальше нескольких кубитов.

"Поскольку алмаз является таким жестким материалом, - говорит соучредитель и главный операционный директор QB Марк Луо (Mark Luo) в разговоре с Zoom, - он действительно способен удерживать многие из этих свойств в нужном состоянии, что позволяет этим квантовым явлениям быть более стабильными по сравнению с другими системами. Учитывая эту жесткость, мы можем использовать многие уже существующие классические системы управления".

Компания уже создала несколько "квантовых комплектов для разработки" в стоечных шкафах, каждый из которых содержит около 5 кубитов для работы, и уже размещает их у заказчиков для проведения сравнительных испытаний, интеграции, возможности совместного проектирования и для того, чтобы компании начали выяснять, где они будут выгодны, когда появятся на рынке в виде "квантового ускорителя" на ~50 кубитов примерно к 2025 году. "Мы думаем, что в течение десятилетия, - говорит Луо, - мы сможем даже создать квантовую систему-на-чипе для мобильных устройств".

Алмазные квантовые ускорители, работающие при комнатной температуре, могут стать еще одним компонентом для ПК, предлагая квантовые возможности, когда это необходимо.

 

"Что касается коммерческого внедрения, - говорит Луо, - у нас есть суперкомпьютерный центр Pawsey, который в настоящее время является крупнейшим суперкомпьютерным центром в Южном полушарии, совладельцами которого являются CSIRO и ряд других университетов. Мы создали, по сути, первый в Австралии суперкомпьютерный квантовый центр инноваций и организовали программу Pawsey Pioneer, в рамках которой промышленные и исследовательские группы могут использовать нашу квантовую операционную систему. Мы развернем в Pawsey первую в мире алмазную квантовую вычислительную систему комнатной температуры в 1 квартале 2022 года".

Концепция Quantum Brilliance заключается в том, чтобы сделать кубиты легко интегрируемой системой для любого компьютера. Что-то вроде современных high-end видеокарт, производимых в массовых количествах для работы в широком спектре систем при низкой себестоимости. Тогда разработчики программного обеспечения смогут использовать традиционные вычисления там, где это выгодно, а квантовые - только там, где они наиболее эффективны.

Это может быть в задачах, которые включают моделирование практически всего, что имеет атомарную структуру, проявляющую квантово-механическое поведение; Мэттингли-Скотт называет фармакологическую разработку лекарств, разработку электродов для батарей и производство энергии как области, где такое оборудование может оказать непосредственное влияние. Он может быть использован в линейной алгебре и матричных операциях, которые лежат в основе машинного обучения и искусственного интеллекта, что само по себе является активно развивающейся областью, и может быть очень полезен в задачах, связанных с оптимизацией, например, при попытке снизить энергопотребление во всей глобальной структуре бизнеса крупной логистической компании.