В 2021 году компания IBM представляла Eagle, свой квантовый процессор со 127 кубитами. А буквально на днях представители IBM анонсировали новый процессор, Osprey, количество кубитов в котором в три раза превышает количество у его предшественника. Прогресс, который за год продемонстрировали специалисты IBM, указывает на то, что они находятся на правильном пути к созданию первого в мире универсального квантового процессора Condor, который будет иметь более тысячи кубитов и который должен появиться в 2023 году.

Линейка квантовых процессоров, созданных компанией IBM, неуклонно подчиняется небезызвестному закону Гордона Мура. Первый экспериментальный квантовый процессор, который в 2016 году был доступен в виде облачного сервиса, насчитывал всего 5 кубитов, сверхпроводящих элементов, охлажденных до температуры в 20 мК. В 2019 году компания IBM анонсировала процессор Falcon с 27 кубитами, в 2020 - 65 кубитовый Hummingbird, а в 2021 году 127-кубитовый Eagle.

Основной стратегией, которая началась с процессора Eagle и продолжила развиваться в процессоре Osprey, является разделение по отдельным слоям чипа компонентов, необходимых для управления и считывания состояния кубитов. Такая многоуровневая разводка позволяет защитить хрупкие кубиты от пагубного влияния извне, что позволяет создавать процессоры с большим количеством кубитов.



Однако, процессор Osprey имеет два основных преимущества по сравнению с предшественником, процессором Eagle. Первое преимущество заключается в замене "люстры" из большого количества микроволновых кабелей и волноводов гибкими ленточными кабелями, очень похожими на те, которые вы можете увидеть, открыв внутренности своего ноутбука или мобильного телефона. Сами ленточные кабеля ориентированы для работы при криогенных температурах, а их электрическое и тепловое сопротивление оптимизировано для работы с микроволновыми сигналами так, чтобы выделяющееся тепло не смогло добраться и разрушить хрупкое квантовое состояние кубитов.

Вторым преимуществом Osprey перед Eagle является управляющая электроника нового поколения, которая генерирует и отправляет микроволновые сигналы непосредственно в квантовый процессор, получает и обрабатывает сигналы от него. Первое поколение такой электроники, использовавшееся в 2019 - 2021 годах, было универсально и обладало большой гибкостью. Электроника же управления Osprey является более специализированной и адаптированной для управления конкретным квантовым устройством.

Основой управляющей электроники является чип контроллера, изготовленный по технологии cryo-CMOS с 14-нм транзисторами FinFET, работающий при температуре 4 Кельвина. Схема чипа построена по принципу ASIC (application-specific integrated circuit), и он требует для работы гораздо меньшего количества энергии, чем чипы на основе универсальных программируемых логических матриц FPGA, используемые ранее. "Теперь вместо 100 Ватт на кубит система управления потребляет всего 10 мВт" - пишут представители IBM, - "И это позволяет нам разместить в одном чипе гораздо большее количество кубитов".



Помимо всего перечисленного выше, кардинальные изменения затронули также алгоритмы обработки квантовой информации, алгоритмы мониторинга состояния кубитов и процессора в целом, драйвера периферийных устройств, что привело к повышению быстродействия квантовой системы в целом. Для оценки быстродействия сейчас используется параметр CLOPS (circuit layer operations per second), и специалистам IBM удалось за все время добиться увеличения производительности с 1400 до 15000 CLOPS.

"Каждое из сделанных нами улучшений по отдельности приводило лишь к небольшому увеличению производительности" - пишут представители IBM, - "Но как только мы убрали все узкие места, производительность системы увеличилась одним большим скачком".

Прежде чем процессор Osprey станет доступен для использования в облачном сервисе, специалистам IBM предстоит проделать еще массу работы по калибровке и настройке электронной системы управления. "Мы планируем появление Osprey в облаке к середине следующего года".



Ключевые слова:
IBM, Квантовый, Процессор, Osprey, Eagle, Condor, Кубит

Первоисточник

Другие новости по теме:

Компания IBM представила новый квантовый процессор, который невозможно смоделировать при помощи обычных суперкомпьютеров

Компанией IBM создан первый 50-кубитовый процессор, предназначенный для демонстрации "квантового превосходства"

Компания Google приступила к созданию 50-кубитного универсального квантового компьютера, который станет самой мощной вычислительной системой в мире

Создан первый квантовый процессор.

Простейший квантовый процессор с кремниевыми кубитами успешно проходит первые испытания

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.