В среду на саммите IBM 2022 компания продемонстрировала самый мощный на сегодняшний день квантовый компьютер. Новый процессор, Osprey содержит 433 кубит. Это самое большое достижение IBM за всю историю существования компании.

IBM quantum flexi cables. IBM

Благодаря новой технологии "Osprey" с 433 кубитами мы стали на шаг ближе к тому моменту, когда квантовые компьютеры будут использоваться для поиска решений ранее неразрешимых задач", - считает д-р Дарио Гил, старший вице-президент и руководитель исследовательского центра IBM.

Согласно релизу, процессор Osprey может выполнять сложные квантовые вычисления, намного превосходящие вычислительные способности самых мощных классических компьютеров. "Для информации, количество классических битов, необходимых для воспроизведения вычислительны процессов на процессоре IBM Osprey, намного превышает общее число атомов в нашей Вселенной", - утверждается в пресс-релизе.

В IBM подчеркнули, что в настоящий момент специалисты компании работают над созданием Condor - первого в мире универсального квантового компьютера с количеством кубитов превышающим 1 000. Закончить строительство этой вычислительной машины планируется в 2023 году.

Dario Gil, Jay Gambetta and Jerry Chow holding the new 433 qubit IBM Osprey processor. IBM

Osprey включает многоконтурную систему и новый тип управляющей электроники 

Компания разработала свой первый квантовый компьютер в 2016 году. Устройство имело пять квантовых битов - все они работали на сверхпроводящих схемах. В 2019 году компания представила 27-кубитовый Falcon, в 2020 и в 2021 годах - 65-кубитовый Hummingbird и 127-кубитовый Eagle соответственно.

Журнал IEEE Spectrum сообщил, что и Eagle, и Osprey имеют раздельные системы управления. По мнению издания, многоуровневая структура помогает процессору удерживать "хрупкие" кубиты от разрушения. 

"Возможно, для создания 100-кубитного решения нам не нужна была такая конструкция, но именно она помогла создать Osprey и Condor", - сообщил IEEE Spectrum Оливер Дайал, главный архитектор аппаратного обеспечения IBM Quantum. "Теперь у нас есть технология, способная выйти далеко за пределы сотни квантовых битов".

Диал рассказал о двух основных преимуществах Osprey. Первое — это замена квантовой люстры, которую IBM использовала в своих предыдущих разработках, на гибкие ленточные кабели, а второе — это новое поколение управляющей электроники, передающей и принимающей микроволновые сигналы от квантового процессора.

Вышеупомянутые эластичные кабели специально разработаны для работы в криогенной среде. Благодаря такому подходу количество подключаемых к чипу соединений увеличилось на 77 процентов. "По сути, мы в двое увеличили количество проводов. Это решение сильно упростило задачу IBM по масштабированию квантовых вычислений", - говорит Дайал.

IBM's quantum processors over the years. IBM

Снижение расходов - необходимое условие для масштабирования

Управляющая электроника нового процессора включает микросхему крио-КМОП-контроллера, реализованную с использованием 14-нм технологии FinFET, которая работает при температуре около 4 Кельвинов (-269,15 градусов C).

В этой технологии используется специальная интегральная схема, которая более компактна и менее энергоемка, чем предыдущие варианты программируемых вентильных матриц. "Если раньше на один кубит мы тратили около 100 ватт энергии, то теперь нам требуется всего десять милливатт, поэтому мы можем разместить на чипе гораздо больше кубитов", - рассказывает Диал. 

"Все эти инновации позволили значительно снизить стоимость, что является важным фактором при масштабировании процесса. Для работы первых устройств на пять и 20 кубитов нам требовалась целая стойка управляющей электроники, а в проект Eagle это число возросло до 40 q-битов на рэк. Сегодня в одной стойке мы можем разместить оборудование для управления более чем 400 квантовыми битами", - утверждает Диал.

"В сотрудничестве с нашими партнерами и клиентами по всему миру мы непрерывно наращиваем масштабы и совершенствуем наши разработки в области аппаратного и программного обеспечения. а также в сфере классической интеграции для решения самых сложных задач современности. Результаты этой работы станут фундаментом для новой эры квантовых сверхкомпьютеров", - заключил Гил.  

Источники: Журнал IEEE Spectrum, IBM
https://spectrum.ieee.org/ibm-quantum-computer-osprey
https://newsroom.ibm.com/2022-11-09-IBM-Unveils-400-Qubit-Plus-Quantum-Processor-and-Next-Generation-IBM-Quantum-System-Two