Intel создала криогенный контроллер кубитов. Он упростит архитектуру квантового компьютера

    image

    Intel показала контроллер кубитов Horse Ridge. Он может работать даже при очень низких температурах с использованием транзисторов FinFET и выдерживает охлаждение до 4К (−269 ºC). Horse Ridge в будущем поможет масштабировать многокубитовые квантовые системы, и они будут достигать сотен тысяч и даже миллионов кубитов.

    Horse Ridge ― это высокоинтегрированная SoC со смешанным сигналом, которая переносит элементы управления кубитами в квантовый холодильник ― как можно ближе к самим кубитам. Контроллер разработали совместно с учеными из QuTech, TU Delft и TNO (Нидерландской организации прикладных научных исследований). Разработка приближает эпоху практических квантовых вычислений, так как избавляет такого рода машины от сложной и объемной системы коммуникаций, которые соединяют управляющую стойку с кубитами.

    Квантовый процессор, который состоит из нескольких кубитов, находится в экране, который защищен от радиочастотных излучений. Он охлажден до нескольких милликельвинов, то есть температура лишь на долю выше абсолютного нуля (−273,15 ºC). Процессор соединен с окружающей средой кабелями. Они пропущены через камеры с несколько более высокой температурой. Камеры включают вспомогательное оборудование для усиления сигнала и преобразования компьютерных команд в инструкции. Наружное управление осуществляет серверная стойка. Объем современного квантового вычислителя не превышает 50 кубитов, и даже такая система требует оборудования, которое занимает практически целую комнату.

    Horse Ridge разместили на минимальном расстоянии от квантового процессора. Однако его нельзя поместить рядом с криогенным квантовым процессором, который имеет более низкую температуру. В Intel отметили, что в будущем может быть создан удобно масштабируемая пара, включающая контроллер и квантовый процессор. При этом могут быть использованы квантовые процессоры на спиновых кубитах (на кремниевых чипах, когда кубитом может выступить один электрон).Такие процессоры способны работать при более высоких температурах. Intel удалось поднять рабочую температуру такого процессора до 1,6 К. Если же контроллеры и кубитовые процессоры смогут работать при одинаковой температуре, то строение квантовых компьютеров сильно упростится, и станет возможен их коммерческий массовый выпуск.


    В сентябре НАСА опубликовало доклад специалистов Google, которые заявили, что при помощи квантового компьютера «Sycamore» (Платан) с 53-кубитовым процессором удалось выполнить очень сложный программный расчет всего за 200 секунд. При этом самый современный мощный суперкомпьютер Summit смог бы произвести подобный результат лишь за 10 тысяч лет. Также, по оценкам специалистов компании, выполнение того же эксперимента на сервере Google Cloud заняло бы 50 трлн часов (5,7 млрд лет).
    См. также: «Улучшаем квантовые вычисления, применяя классическое машинное обучение»
    Позднее отдел квантовых вычислений компании IBM заявил, что Google ложно сообщила о достижении квантового превосходства, так как обычный вычислитель справится с этой задачей в худшем случае за 2,5 дня, и при этом полученный ответ будет точнее, чем у квантового компьютера. Такой вывод исследователи сделали по итогам проведенного теоретического анализа нескольких способов оптимизации.
    См. также: «Демистификация принципов квантовых вычислений»
    Google в ответ опубликовала заявление, в котором подтвердила достижение квантового превосходства. В качестве подтверждения компания ссылалась на публикацию в научном журнале Nature: «Насколько нам известно, этот эксперимент знаменует собой первое вычисление, которое может быть выполнено только на квантовом процессоре. Квантовые процессоры, таким образом, достигли режима квантового превосходства. Мы ожидаем, что их вычислительная мощность будет продолжать расти с двойной экспоненциальной скоростью».
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 7

      –4
      в будущем поможет масштабировать многокубитовые квантовые системы, и они будут достигать сотен тысяч и даже миллионов кубитов

      Миллион кубитов? Это же насколько сложная должна быть задача с которой не справится 200-300 кубитов?

      Производительность квантового компьютера растет как 2n, а это значит, что чтобы решить любую невообразимую по сложности задачу за долю секунды, нам достаточно будет пары сотен кубитов, которые работают быстрее 1 такта (Гц) в секунду:

      21 (кубит) = 2 операций / такт
      22 (кубита) = 4 операций / такт
      23 (кубита) = 8 операций / такт
      24 (кубита) = 16 операций / такт

      2128 (кубитов) = 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 операций / такт

      Теперь умножьте это число на количество тактов, которое будет выполняться за секунду… неужели во вселенной есть насколько сложные задачи, на решение которых потребуются миллионы кубитов?

      Знает ли кто, на каких скоростях теплоотвод не будет справляться с поддержанием -270 °C? Сколько примерно 10 Гц? 10 КГц? 10 МГц? 10 ГГц?
        +2
        Штука в том, что современная архитектура не позволяет делать полносвязные схемы (каждый кубит напрямую связан с каждым). Из-за этого приходится делать несколько промежуточных операций, что бы переносить связь из одной части схемы с кубитами в другую. Так говорят, что для имитации одного логического кубита нужно несколько (десятки) физических кубитов. И чем больше логичеких кубитов мы хотим иметь, тем сложнее и больше должна быть наша схема, отсюда и вылазят оценки в сотни тысяч и миллионы кубитов для создания фактического универсального квантового компьютера.
        Вот на картинке привожу схему 20ти кубитного IBM Q System One, что бы было понятнее.
        image

        Кроме того, время сохранения квантовой запутанности сейчас меньше секунды (в районе 0,2с). Есть потенциально технологии повышающие показатель до единиц секунд, но они ещё в зачаточном состоянии развития.
          0
          Почитайте про алгоритмическую сложность. С ростом количества элементов задачи растет необходимое количество вычислений. Причем в некоторых задачах — экспоненциально (NP-сложные задачи), т.е. добавление 1-го элемента увеличивает число вычислений вдвое или более. Например, задача коммивояжера. Такое количество кубитов может пригодиться для большого числа элементов в задаче.

          А насчет скорости работы квантового компьютера — мне кажется, что там не в тепловыделении будет основное ограничение.
            0

            Позволит ли квантовый компьютер решать NP сложные задачи быстрее чем классический (с точки зрения теории сложности и асимптотических оценок)?
            Да, иногда для каких-то ограниченных задач по мотивам задачи коммивояжера заявляют квадратичное ускорение — https://people.maths.bris.ac.uk/~csxam/papers/tsp.pdf (arxiv.org/abs/1612.06203)
            Но Scott Aaronson в The limits of quantum (sciam 2008) писал что для кв.комп не известны более быстрые способы решения NP-сложных задач https://www.cs.virginia.edu/~robins/The_Limits_of_Quantum_Computers.pdf


            The question thus remains unanswered: Is there an efficient quantum algorithm to solve NP-complete problems? Despite much trying, no such algorithm has been found—though not surprisingly, computer scientists cannot prove that it does not exist.
            … Based on this insight, many computer scientists now conjecture not only that P ≠ NP but also that quantum computers cannot solve NP-complete problems in polynomial time
          0

          Интересно, а они не пробовали разработать обычный процессор, но рассчитанный на работу при температуре близко к абсолютному нулю? То есть не охладить обычный процессор, а сразу рассчитывать на такой холод при проектировании? Не слышали, были ли такие проекты?

            +1
            А в чём вам видится выигрыш? Поднять частоты? Так эксплуатация холодильников выйдет дороже.
              +1

              Возможно, при таких температурах с полупроводниками дела обстоят не очень?
              И вот тут, довольно доступно, о том, почему температура, это не единственный фактор ограничения частоты https://m.habr.com/ru/company/intel/blog/194836/

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое