Команда дослідників IBM продемонструвала новий спосіб з’єднання квантових процесорів, який може допомогти масштабувати квантові комп’ютери. У межах експерименту науковці поєднали два чипи по 120 кубітів за допомогою чотирьох надпровідних з’єднань і досягли середньої точності передавання квантових станів на рівні 99%. Найкращий результат становив 99,29%.
Розробка має значення для створення модульних квантових систем, у яких обчислювальні потужності збільшуватимуть завдяки об’єднанню кількох процесорів, а не лише додаванню кубітів на один чип. Водночас дослідження поки що не пройшло незалежного рецензування.
Як працюють нові з’єднання
Основою квантових комп’ютерів є кубіти — елементи, які, на відміну від класичних бітів, можуть перебувати в квантовій суперпозиції станів. Завдяки цьому квантові системи здатні виконувати певні обчислювальні завдання принципово інакше, ніж звичайні комп’ютери.
Однак зі збільшенням кількості кубітів виникає проблема: потрібно передавати квантову інформацію між різними частинами системи, не руйнуючи її крихких квантових властивостей.
Для цього дослідники випробували так звані з’єднувачі великої відстані — L-couplers. У новому експерименті вони використали чотири з’єднання завдовжки приблизно 80 сантиметрів, виготовлені з надпровідного алюмінію. Через них передавали квантові стани між двома процесорами, кожен із яких містив 120 кубітів.
Науковці також встановили, що з’єднання втрачали мало енергії під час роботи, залишалися працездатними після трьох циклів нагрівання й охолодження та забезпечували передавання квантової заплутаності між чипами.
Навіщо квантовим комп’ютерам модульна архітектура
Замість того щоб розміщувати дедалі більше кубітів на одному мікрочипі, IBM розвиває підхід, за якого кілька процесорів об’єднуються в єдину систему. Така архітектура може полегшити масштабування квантових машин, але потребує надійних каналів зв’язку між модулями.
Розроблені з’єднання планують використовувати всередині кріогенних установок — спеціальних систем охолодження, які підтримують наднизькі температури, необхідні для роботи надпровідних кубітів.
У перспективі IBM прагне об’єднувати сотні квантових чипів у таких установках. Компанія також поставила за мету створити перший відмовостійкий квантовий комп’ютер до 2029 року. Проте це план, а не гарантований термін: для його реалізації потрібні подальші технологічні вдосконалення.
Які проблеми ще залишаються
Попри високі показники точності, технологія потребує доопрацювання. Дослідники зафіксували магнітні перешкоди, що впливали на якість сигналу. Також необхідно підвищити ефективність з’єднань, перш ніж їх можна буде повноцінно застосовувати в масштабних квантових системах.
Результати свідчать, що передавання квантової інформації між великими процесорами через кілька каналів може стати практичною основою для модульних квантових комп’ютерів. Однак для створення стабільних машин, здатних виправляти помилки й виконувати складні обчислення в масштабі, ще потрібно розв’язати низку інженерних і наукових завдань.
Препринт дослідження опубліковано на платформі arXiv. На момент публікації матеріал ще не пройшов незалежного рецензування.