Аннотация:
Недавно IBM выпустила квантовый процессор нового поколения Nighthawk r3 и объявила о своем будущем плане развития квантовых вычислений. Этот новый процессор предназначен для выполнения до 10 000 квантовых операций, справляясь с более сложными крупномасштабными вычислительными задачами, сохраняя при этом качество и скорость работы, что знаменует собой важный шаг на пути к цели IBM по созданию отказоустойчивых квантовых вычислений.
Согласно информации, раскрытой IBM, Nighthawk r3 будет оснащен 520 программируемыми кубитами и 2034 физическими квантовыми компонентами с целью стабильного выполнения 10 000 квантовых операций на одном процессоре. В то же время IBM также планирует в 2027 году объединить два процессора Nighthawk r3 в единую систему для создания платформы квантовых вычислений с более чем 1000 кубитами.
Джей Гамбетта, глава исследовательского подразделения IBM, заявил, что по-настоящему ценные квантовые вычисления требуют не только точности, но и скорости. Поскольку масштабы квантовых систем продолжают расширяться, квантовые вычисления могут решать практические проблемы реального мира только принимая во внимание как качество вычислений, так и эффективность обработки.
Выпущенный на этот раз Nighthawk r3 основан на Nighthawk r2, выпущенном в сентябре этого года. Предыдущий процессор r2 был способен выполнять более 7500 квантовых операций на 120 кубитах и достигать скорости обработки до 100 000 выборок в секунду. IBM считает, что эта платформа доказала, что квантовые вычисления обладают потенциалом для решения реальных проблем отрасли.
Кубиты — это основные информационные единицы квантовых компьютеров, аналогичные «битам» в традиционных компьютерах. Но в отличие от традиционных битов, которые могут представлять только 0 или 1, кубиты могут одновременно находиться в состоянии суперпозиции 0 и 1, что позволяет квантовым компьютерам параллельно обрабатывать чрезвычайно сложные вычислительные задачи. Это одна из причин, почему квантовые вычисления считаются важным инструментом для решения проблем в области материаловедения, химического моделирования, разработки и оптимизации лекарств в будущем.
Одним из наиболее важных нововведений Nighthawk r2 является внедрение архитектуры высокоскоростного сброса кубитов. В традиционном процессе квантовых вычислений после каждой операции кубиты должны вернуться в основное состояние перед началом следующего раунда вычислений, и этот процесс может занять сотни миллисекунд, в результате чего процессор проводит большую часть своего времени в состоянии ожидания.
Новая технология, разработанная IBM, значительно сократила этот процесс ожидания. Согласно сообщениям, время сброса кубита было сокращено примерно с 200 миллисекунд до примерно 25 наносекунд без нарушения работы окружающих кубитов. Это позволяет квантовым системам выполнять вычисления чаще, значительно повышая общую эффективность.
Основываясь на этих технических достижениях, IBM планирует распространить ту же архитектуру на Nighthawk r3 и еще больше повысить масштабируемость системы и вычислительную мощность. Компания считает, что будущие приложения должны будут выполнять тысячи или даже десятки тысяч квантовых операций над сотнями кубитов и генерировать миллионы или даже миллиарды выборок вычислений одновременно, поэтому скорость и масштаб просто необходимы.
Чтобы достичь цели — более 1000 кубитов, IBM также продемонстрировала последние достижения в технологии межкристального соединения. Ранее в этом году исследовательская группа успешно использовала четыре квантовых соединителя дальнего действия для соединения двух процессоров Nighthawk r1. Эти структуры квантовых межсоединений действуют как «высокоскоростные мосты» между квантовыми компьютерами, позволяя нескольким процессорам работать вместе.
Экспериментальные данные показывают, что это квантовое соединение на большие расстояния достигло точности передачи информации 99,4%, что постепенно приближается к целевому показателю в 99,9%, установленному IBM. Как только соответствующая технология станет зрелой, несколько квантовых процессоров смогут сформировать более крупномасштабную единую квантовую систему, тем самым преодолев предел масштаба одного кристалла.
IBM также сообщила, что ряд партнеров и клиентов, включая E.ON, Algorithmiq и Q-CTRL, в настоящее время используют более 34 миллиардов квантовых схем на платформе Nighthawk r2. В некоторых сценариях приложений производительность системы повышена до 19 раз по сравнению с предыдущей квантовой платформой IBM.
Что касается практических приложений, энергетическая компания E.ON использует Nighthawk r2 для проведения исследований в области квантового машинного обучения, связанных с оптимизацией сети, добившись повышения производительности примерно в 15 раз. Эксперимент по моделированию магнитных материалов, проведенный IBM в сотрудничестве с Национальной лабораторией Ок-Ридж в США, также позволил повысить производительность примерно в 12 раз. Эти результаты показывают, что квантовые вычисления постепенно переходят от лабораторных исследований к практическим промышленным применениям.
Аналитики полагают, что выпуск Nighthawk r3 — это не только дальнейшее повышение производительности квантового оборудования IBM, но, что более важно, он демонстрирует путь развития от сотен кубитов к системе уровня тысячи кубитов. По мере развития архитектур высокоскоростного сброса, многочиповых квантовых межсоединений и отказоустойчивых технологий квантовые вычисления становятся все ближе и ближе к решению сложных научных и промышленных проблем в реальном мире.
Комментарии