Технологічні гіганти очікують появи індустріальних квантових комп’ютерів до кінця декади

IBM та Google планують представити квантові комп’ютери «промислового рівня» до кінця десятиліття. Про це повідомляє Financial Times. 

У червні IBM представила оновлену «дорожню карту», яка, за словами компанії, заповнює прогалини попередніх планів і виводить її на шлях до робочої системи до 2030 року. Google має аналогічну ціль. Обидві компанії заявляють, що фундаментальні фізичні проблеми вирішено, а залишилися переважно інженерні виклики.

«Це вже не мрія. Ми справді розгадали код і зможемо побудувати цю машину до кінця десятиліття», — заявив керівник квантового напряму IBM Джей Гамбетта в інтерв’ю FT.

Водночас в Amazon Web Services менш оптимістичні. Керівник квантового напряму AWS Оскар Пейнтер вважає, що на «корисний» квантовий комп’ютер доведеться чекати ще 15–30 років.

Технічні бар’єри масштабування

Нарощування кількості кубітів вимагає значно більшого, ніж просто додати нові елементи. Квантові біти надчутливі до шуму та зовнішніх впливів, що ускладнює підтримку їхнього стану навіть на частки секунди. Зі збільшенням їх кількості зростає й ризик взаємних перешкод, які можуть зробити систему некерованою.

IBM зіткнулася з цим під час тестування чипа Condor із 433 кубітами, де спостерігався перехресний вплив компонентів. Rigetti Computing також попереджає, що масштабування з використанням сучасних надпровідних кубітів призводить до неконтрольованих ефектів. IBM заявляє, що передбачала цю проблему і перейшла на нові з’єднувачі для зменшення завад.

На початкових етапах кубіти налаштовують індивідуально, але у великих системах цей підхід неможливий. Потрібні нові методи виробництва, надійніші матеріали та здешевлення компонентів. Google планує зменшити їхню вартість у десять разів, щоб ціна повноцінної машини не перевищила $1 млрд.

Виправлення помилок

Корекція помилок є ключем до роботи великих систем. Google першою продемонструвала чип, де ефективність виправлення зростає зі збільшенням кількості кубітів. Компанія застосовує так званий «поверхневий код», який вимагає мільйонів фізичних кубітів для виконання корисних задач.

IBM обрала код LDPC, що, за її словами, здатен скоротити потребу в кубітах на 90%. Такий підхід потребує довгих з’єднань між кубітами, що складно реалізувати в надпровідних системах. У Google вважають це надлишковим ускладненням, але IBM стверджує, що вже змогла досягти потрібних зв’язків. Аналітики зазначають, що рішення перспективне, але його ефективність у виробництві ще не доведена.

Реконструкція квантової архітектури

Масштабування вимагає радикального переосмислення архітектури систем. Сучасні установки з густим кабельним з’єднанням неможливо відтворити на рівні мільйона кубітів. Один із головних напрямів розвитку — інтеграція численних компонентів на єдиному чипі та об’єднання чипів у модулі, які працюватимуть у великих холодильних установках при температурах, близьких до абсолютного нуля.

Вибір технології кубітів може стати вирішальним. Надпровідні кубіти (IBM, Google) демонструють швидкий прогрес, але вимагають екстремального охолодження. Іонні пастки, нейтральні атоми та фотони більш стабільні, проте мають інші обмеження — від повільнішої швидкості обчислень до складності об’єднання модулів.

Альтернативні підходи та майбутні гравці

Amazon і Microsoft розробляють кубіти на основі екзотичних станів матерії, які теоретично можуть бути стабільнішими. Технологія перебуває на ранніх стадіях, але у разі успіху здатна радикально змінити розклад сил.

Висока вартість і технічні виклики, ймовірно, звузять коло учасників перегонів, залишивши лише компанії з потужним фінансуванням або державною підтримкою.

Нагадаємо, науковці з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн представили нову модульну архітектуру для масштабування надпровідникових квантових процесорів.