IBM představuje dva nové kvantové procesory – včetně jednoho, který nabízí plán pro kvantové výpočty odolné proti chybám do roku 2029
Vědci z IBM vytvořili dva nové jednotky kvantového zpracování (QPU), o kterých říkají, že je posunou o krok blíže k dosažení kvantové výhody do příštího roku – a plně odolné vůči chybám stejně jako počítač do roku 2029.
První procesor, nazvaný IBM Quantum Nighthawk, je 120-qubitový čip, který dokáže zpracovávat kvantové výpočty, které jsou o 30 % složitější než cokoli předchozího QPU společnosti (R2 Volavka) mohl zvládnout.
Společnost také uvedla na trh další procesor, IBM Loom, se 112 qubity, který podle vědců obsahuje všechny prvky potřebné pro plnou odolnost proti chybám – kvantové počítače, které samy detekují a opravují všechny chyby v reálném čase.
Nové kvantové procesory
Nighthawk umožňuje každému ze 120 qubitů v procesoru propojit se s jeho nejbližšími čtyřmi sousedy ve čtvercové mřížkové struktuře, a to díky 218 vylepšeným laditelným vazebním členům – součástem, které řídí spojení mezi jednotlivými qubity na čipu. To představuje 20% zlepšení počtu vazebních členů u předchozího procesoru Heron.
Tato architektura umožní vědcům prozkoumat problémy, které vyžadují 5 000 dvou-qubitových bran – základní propletené operace potřebné pro kvantové výpočty.
Podle zástupců IBM společnost doufá, že budoucí verze Nighthawk budou schopny dodat až 7 500 a 10 000 bran do konce roku 2026, respektive v roce 2027. V roce 2028 pak vědci z IBM plánují vytvořit systémy založené na Nighthawk s až 1 000 qubity propojenými pomocí spojek s dlouhým dosahem, aby bylo dosaženo 15 000 dvouqubitových hradel.
Loom je mezitím menší čip s pouhými 112 qubity, který podle vědců IBM demonstruje všechny hardwarové prvky kvantového počítání odolného proti chybám. Tyto technologie jsou navrženy tak, aby řešily extrémně vysokou poruchovost v qubitech – pole známé jako kvantová korekce chyb (QEC). QEC je hlavním důvodem, proč jsou kvantové procesory stále sofistikovanější a nejen větší, pokud jde o počet qubitů.
V prosinci 2023 například vědci z IBM postavili masivní 1000qubitový čip s názvem Condor, ale jeho mnohem menší 113qubitový bratranec Eagle byl z hlediska výzkumu považován za zajímavější vyhlídku, protože jeho chybovost byla pětkrát nižší. Totéž lze říci o Nighthawk ve srovnání s Loom.
CTO IBM Quantum Oliver Dial řekl Live Science, že vědci potřebují nové funkce v procesorech, aby mohli implementovat kódy pro opravu chyb a vazební členy, které hodlají dlouhodobě používat. To zahrnuje šesticestná připojení, která umožňují připojení qubitu až se šesti jeho sousedy, spíše než se čtyřmi v nejnovějším QPU. Potřebovali také více vrstev směrování na povrchu čipu, stejně jako delší vazební členy a také „resetovací gadgety“, které resetují qubit do základního stavu z excitovaného stavu.
„S Loonem jsme poprvé testovali všechny tyto funkce společně na 112-qubitovém zařízení,“ řekl Dial. „Aby to však fungovalo jako paměť odolná proti chybám, musí každá z více než 112 kopií těchto funkcí na čipu fungovat extrémně dobře. I když je to výsledek, ve který doufáme, realisticky může být výtěžnost na tomto komplexu zařízení zpočátku nízká. Má nám to umožnit vyřešit problémy a naučit se příští rok Kookaburra.“
Kookaburra bude dalším proof-of-concept procesorem, očekávaným v roce 2026, o kterém zástupci IBM říkají, že bude prvním modulárně navrženým QPU navrženým pro ukládání a zpracování zakódovaných informací – kombinující logické operace s pamětí.
Dosažení kvantové výhody a ještě dále
Kromě uvedení dvou nových QPU IBM založila a sledovač kvantových výhod. Kvantová výhoda je, když kvantový počítač dokáže demonstrovat řešení problémů nad rámec prostředků klasického superpočítače.
Prokázat kvantovou výhodu je obtížné, protože klasické počítače nemohou snadno ověřit nebo replikovat problémy, které kvantové systémy řeší. První tři výzvy spuštěné jako součást trackeru jsou „pozorovatelné odhady“, „problémy s variacemi“ a „klasicky ověřitelné problémy“.
Společnost také dodala aktualizaci o výrobě kvantových procesorů na 300mm (12 palcích) waferu. Tento nový formát, polovodič ve tvaru velkého disku, který odráží světlo v barvách duhy, zkracuje dobu potřebnou k sestavení každého procesoru na polovinu a zároveň dosahuje 10násobného zvýšení fyzické složitosti kvantových čipů.
K sestavení těchto waferů jsou dlouhé křemíkové válce nakrájeny na tenké disky, přičemž inženýři používají software k návrhu elektrických obvodů. Automatizované stroje pak leptají tyto obvody do povrchu křemíku, ukládají nové kovy a ošetřují wafery, což vede k obdélníkové mřížce počítačových čipů na disku. Inženýři vyrábějí několik typů destiček a poté dokončují další kroky zpracování, než jsou navrstveny a spojeny do 3D stohu a připojeny k řídicí elektronice.
Vědci z IBM doufají, že do roku 2029 dodají svůj první kvantový výpočetní čip odolný proti chybám, nazvaný Starling, s monstrózní sadou 2000 qubitů Blue Jay, která má být uvedena na trh do roku 2033, uvádí společnost. kvantová cestovní mapa.
