Квантовая «Скопа» IBM – почти вдвое крупнее «Орла»

Запушенный в серийное производство в 2021 г. и до сих пор активно применяющийся для решения профильных задач квантовый процессор IBM Eagle («Орел») содержит 127 кубитов – базовых вычислительных элементов с квантовыми свойствами. В начале ноября 2022-го компания объявила о готовности к коммерческим поставкам следующего за ним процессора, также названного в честь хищной птицы (Osprey, «Скопа»), – уже с 433 кубитами.

В планах IBM – постепенное и неуклонное наращивание числа кубитов в своих квантовых процессорах. Каждый кубит реализуется в виде миниатюрного резонатора на основе сверхпроводящей петли, управляемого микроволновым излучением. На 2023 г. уже запланирован выпуск чипа Condor с 1121 таким элементом, на 2024-й – Flamingo с 1386.

В 2025 г. эту серию должна увенчать Kookaburra, которая будет содержать, как уверены инженеры компании, более 4 тыс. совместно работающих кубитов, что для отрасли квантовых вычислений станет подлинно качественным прорывом. Как раз приблизительно такое количество базовых квантовых счетных ячеек, функционирующих согласованным образом, необходимо для достижения «квантового превосходства» в криптографии – взлома большинства используемых сегодня для защиты информации кодов за разумное – не превышающее минут, максимум часов – время.

Технически задача масштабирования нынешнего квантового процессора со считанными сотнями кубитов на тысячи их сравнительно несложна. Основная проблема заключается в том, что для успешного решения многопараметрических задач методом прямого перебора (для чего, собственно, оптимальны квантовые компьютеры – в отличие от классических вычислительных машин, построенных по принципам фон Неймана) необходимо обеспечить квантовую запутанность всей многокубитной системы в целом, и чем она крупнее – чем больше в ее составе кубитов – тем сложнее (причем в геометрической прогрессии) оказывается этого добиться.

Кроме того, требуется своевременно исправлять неизбежно возникающие в процессе работы любой вычислительной системы ошибки, для чего применяются гораздо более сложные, чем в фон-неймановских системах, алгоритмы и схемы коррекции. Наконец, реализующие кубиты сверхпроводящие резонаторы, как и любой макрообъект, подвержены эффекту декогеренции – достаточно быстрого перехода из неопределенного (собственно «квантового») состояния в одно из граничных, «1» или «0», что также отрицательно влияет на точность вычислений и снижает предельную сложность потенциально решаемых квантовым компьютером задач.

Так или иначе, исследователи из IBM полны решимости разобраться с этими непростыми проблемами – и уже к исходу 2023 г. собираются представить включающую сразу несколько многокубитных процессоров вычислительную машину Quantum System Two.