Квантовые процессоры поступают в продажу: что они могут и для чего созданы?

В 2020 году специалист по квантовой физике Алессандро Бруно и выпускник технологического университета TU Delft Маттейс Райлаарсдам основали компанию QuantWare. Их партнерство не было случайным: специалисты познакомились во время реализации одного из проектов в компании QuTech при TU Delft.

В течение года компания активно развивалась, главная ее цель — создание доступных квантовых процессоров и сопутствующих систем. В целом, создание квантовых процессоров — далеко не новость. Google, IBM и прочие компании сообщали о создании собственных квантовых компьютеров несколько лет назад. Сейчас к некоторым из таких устройств можно получить доступ для оценки их возможностей. Правда, не напрямую, а через «облако». А вот QuantWare дает возможность заказать свои разработки всем желающим. Что это за системы и на что они способны?

5-кубитные процессоры

Да, эти чипы — только начало. Мощными и производительными назвать их нельзя (в сравнении, конечно, с системами будущего, которые описывают специалисты по квантовым компьютерам). Но они созданы для того, чтобы научные сотрудники, коммерческие компании и правительственные организации могли оценить достоинства чипов нового типа.

По словам разработчиков, квантовые чипы — 5-кубитные, они базируются на так называемых трансмонах. Это сверхпроводящие заряд-кубиты, которые разработаны для того, чтобы иметь сниженную чувствительность к зарядовому шуму. Термин «трансмон» расшифровывается как «Transmission line shunted plasma oscillation qubit» (плазменный колебательный кубит, шунтированный по линии передачи). Процессоры, которые выполнены по этой технологии, получили название Soprano.

В этом году IBM запустила квантовые компьютеры на основе процессоров в 27 кубитов. К 2023 году компания собирается выпустить квантовый ПК с процессором в четыре раза мощнее. Корпорация Google еще в 2019 году заявила о создании первого в мире 54-кубитного процессора. Компьютер на его основе выполнил специфические расчеты, на которые у обычного ПК ушли бы тысячи, если бы не десятки тысяч лет.

Но, как говорилось выше, все эти технологии практически недоступны для массового пользователя. А вот новые 5-кубитные процессоры можно приобрести. По мнению разработчиков, значение этих чипов можно сравнить со значением процессоров Intel 4004 именно потому, что это первые доступные процессоры.

Особенности квантовых чипов

Сверхпроводящие кубиты, на которых базируется технология, легко настраиваются, они просты как в управлении, так и в масштабировании. Соответственно, оборудование на их основе можно масштабировать как угодно. Что касается доступных функций, то это фильтры Перселла, сверхпроводящие кремниевые переходы и воздушные мосты.

Точность работы кубита в новом чипе составляет 99,9% — по мнению создателей технологии, этого вполне достаточно для решения большинства вычислений. К слову, именно точность — одна из проблем квантовых компьютеров, поскольку при их создании необходимо держать баланс между количеством кубитов и точностью вычислений. Чем больше кубитов, тем быстрее накапливаются ошибки и происходит декогеренция системы. После этого компьютер «идет вразнос», если так можно выразиться, и вычисляет что угодно, но только не то, что ему дали в качестве исходной задачи.

5 кубитов — тот объем, который позволяет придерживаться неплохой точности вычислений. Ну и не стоит забывать, что это чипы, которые не позиционируются как «суперпроизводительные». Они предназначаются для проведения тестов в полевых условиях научными организациями, компаниями и правительственными учреждениями.

Преимущество новинки именно в том, что она сочетается с современными электронными устройствами — управлять чипами можно посредством сигналов миллиметрового диапазона радиоволн. Конечно, есть и проблемы, главная из которых в том, что чипы работают лишь в условиях сверхнизких температур, чего в обычных условиях не достигнешь. Тем не менее, организации, которым доступны криотехнологии, могут создавать гибридные вычислительные системы на основе новых процессоров. Исследования в этом направлении ведет, например, корпорация Intel. У нее уже есть технология Horse Ridge, на основе которой можно строить гибридные квантово-электронные компьютеры с применением криотехнологий.

Как небольшому стартапу удалось создать квантовый процессор?

Все просто: партнерам не пришлось строить собственные лаборатории, что, конечно, неподъемно для небольшой компании. Помогать согласился Университет Делфта, у которого есть обширный научно-исследовательский центр по нанотехнологиям — Kavli Nanolab. В запасе у центра — продвинутое оборудование и собственные ноу-хау.

Сейчас разработчики планируют удваивать количество кубитов в своих процессорах каждый год. Если все получится, то мир, возможно, сможет начать постепенный переход в квантовую эру. Основатели компании считают, что «точка бифуркации» для квантовой вычислительной техники наступит в 2025 году или даже раньше. Именно после этой даты квантовые технологии станут распространяться гораздо активнее, чем сейчас, да и использовать их можно будет в большом количестве отраслей.