Масштабируемые квантовые компьютеры – немного ближе

Количество кубитов в серийно выпускаемых различными компаниями квантовых процессорах постоянно растет, однако сами построенные на этих процессорах компьютеры остаются в основном, что называется, одночиповыми.

Дело в том, что обеспечить квантовую запутанность (необходимое условие для начала каких бы то ни было вычислений) между многими кубитами даже в пределах одного процессора уже не очень просто, а сделать это для разнесенных на разные, пусть даже физически близкие, платформы кубитов – задача на несколько порядков более сложная.

Скажем для примера, что IBM в конце 2022 г. планировала представить многопроцессорный квантовый компьютер Quantum System Two ближе к концу 2023-го, однако до сих пор никаких новостей по этой теме не появлялось.

В то же время компания Rigetti анонсировала запуск в серийное производство своего 84-кубитного квантового процессора Ankaa-1 на парных резонаторах, исходно ориентированного на применение в многопроцессорных квантовых вычислителях. Учитывая, что на нынешнем этапе развития технологий для реализации одного логического кубита требуется (в различных схемах коррекции ошибок) примерно от 5 до 20 физических, именно многопроцессорные квантовые вычислители имеют больше шансов первыми достигнуть квантового преимущества в узком смысле (narrow quantum advantage, nQA), чем однопроцессорные, для которых темп наращивания числа кубитов в системе оказывается ниже. Суть критерия nQA в том, что соответствующие ему квантовые компьютеры при сопоставимых с классическими затратах (имеется в виду полный цикл инвестиций, включая разработку средств производства и создание квантовых алгоритмов) обеспечивают значимо более быстрое решение хотя бы определенного узкого круга задач.

К настоящему времени инженерам Rigetti удалось добиться снижения ошибок при квантовых вычислениях на своих процессорах до уровня менее 1%. Специфическая конструкция управляющих схем, которые располагаются целиком под квантовым процессором, как раз и позволяет размещать чипы Ankaa-1 вплотную один к другому, добиваясь в многопроцессорных конфигурациях минимального расстояния между соседними процессорами и тем самым снижая вероятность зашумления коммуникационных сигналов между ними.

О том, насколько долог еще путь к достижению nQA, говорит оценка, сделанная исследователями из подразделения Google Quantum AI: лучшие квантовые системы современности (как раз одночиповые) демонстрируют уровень ошибок около 0,001 (10^–3), тогда как для решения основной массы практических задач необходим – с легкостью достижимый и даже перекрываемый полупроводниковыми вычислителями – уровень порядка 10^–15.