Квантовий процесор зі скла може стати ключем до нової архітектури комп’ютерів майбутнього

19

Компанія ionq представила основу майбутніх багатоядерних квантових процесорів з можливістю зміни конфігурації кубітів. Процесор виконаний з кварцового скла і обіцяє просте виробництво і експлуатацію квантових обчислювальних систем-ніякої кріогеніки, аж до стійкового компонування в звичайних обчислювальних залах.

«скляний ” квантовий процесор ionq. Джерело зображення: ionq

До сьогоднішнього дня квантові процесори з оптичними іонними пастками випускалися з використанням кремнієвих підкладок, якщо говорити про системи на чіпі. Компанія ionq також використовувала цю технологію, але нові процесори вона почала випускати на підкладках з кварцового скла. Така технологія широко використовується для виробництва мікрожідкостних мікросхем для завдань аналітичної хімії та медицини, тому з заводськими потужностями у ionq проблем немає і не буде — це все працює і коштує зовсім недорого.

Крім ефективності виробництва перехід на скло дає додаткові і більш важливі ефекти — це відсутність випадкових електромагнітних полів, які можливі в кремнії, і прозорість для лазерів в широкому оптичному діапазоні. Перше дає низький рівень перешкод і підвищує точність обчислень з кубітами, а друге дозволяє з найменшими втратами проникнути променям лазерів всередину чіпа і достукатися до утримуваних в пастці іонів (кубітів), щоб зробити з ними щось корисне.

Нова система ionq. Джерело зображення: ionq

Також скло спрощує створення оптичних з’єднань для сполучення декількох квантових процесорів в один обчислювальний вузол, а це порівняно просте масштабування квантових систем, про що мріють всі причетні.

Для підтвердження ефективності нової пропозиції компанія ionq представила 64-кубітовий квантовий процесор з кварцового скла з напиленням (осадженням) металевих компонентів. Процесор являє собою лінійну іонну пастку, в якій іони розташовуються ланцюжком. Процесор ionq оперує 4 ланцюжками по 16 іонів в кожній. Втім, по 4 іона в кожному ланцюжку використовуються для технічних потреб, якщо так можна сказати: вони беруть участь в так званих зіткнувально-охолоджуючих операціях, покликаних стабілізувати обчислювальні іони при переміщенні по пастці. Тим самим число обчислювальних кубітів знижується до 48, а насправді воно ще менше — 32, якщо враховувати корекцію помилок.

У лінійній пастці ланцюжка можна сполучати, пов’язуючи до 32 кубітів. Падаючі на чіп лазерні промені, одночасно можуть управляти тільки 16 кубітами (одним ланцюжком за раз). Ці лазери задають як квантові стани окремих кубітів, так і зв’язують пари. Поєднуючи ланцюжки можна послідовно зв’язати всі кубіти в процесорі, що досить просто в порівнянні з надпровідними кубітами, як в системі ibm або google.

Найціннішим в новій розробці компанія ionq бачить легкість масштабування як в межах ланцюжків у складі процесора, так і з позиції з’єднання безлічі процесорів. Різке зростання продуктивності відбувається вже на етапі додавання кожного нового іона (кубіту) в ланцюжку. Загалом в ionq розраховують збільшити число кубітів у запропонованій архітектурі до тризначного значення. І ця подія не за горами. Системи ionq дуже близькі до комерційної стадії виробництва і можуть стати доступними в найближчі роки.