Традиційні комп’ютери блідіють у порівнянні з цими квантовими комп’ютерами, в той час як перший зберігає та обробляє дані в двійкових бітах, у вигляді нулів та одиниць, другий використовує кубіти, які можуть дорівнювати нулю, одиниці або обом одночасно. Це експонентно збільшує обчислювальну потужність для кожного доданого кубіту, дозволяючи їм потенційно виконувати обчислення, які неможливі для звичайних комп’ютерів.

Маючи потужність 433 кубіти, IBM Osprey є найпередовішим квантовим процесором у світі з великим відривом. Він пакує вдвічі більше кубитів, ніж попередній рекордсмен – Xanadu Borealis, який був протестований з 216 кубітами, і більш ніж утричі більше, ніж власний Eagle від IBM, який запакував 127 кубітів.

Osprey має архітектуру, аналогічну своєму попереднику, що складається з одного шару кубітів поверх кількох шарів проводки, що управляє, що допомагає втиснути більше кубітів при одночасному зниженні частоти їх помилок. Додана інтегрована система фільтрації, яка допомагає знизити рівень шуму та підвищити стабільність роботи пристрою.

IBM заявляє, що можливості цієї машини з обробки чисел набагато перевершують можливості будь-якого традиційного комп’ютера, стверджуючи, що для представлення стану на процесорі Osprey звичайному комп’ютеру потрібно більше бітів, ніж атомів у відомому Всесвіті.

IBM також оголосила про інші зміни у своїх квантових системах. З боку програмного забезпечення було покращено виправлення помилок, і користувачам було надано можливість легшого вибору між підвищеною швидкістю чи точністю. Загальне апаратне забезпечення системи управління було модернізовано для управління 400 кубітами на стійку за нижчою ціною, ніж попередніх версіях.

Хоч би якими вражаючими були оновлення цього року, IBM вважає наступний рік справжнім поворотним моментом. У дорожній карті компанії говориться, що квантовий процесор Condor наступного року матиме вражаючі 1121 кубіт. Також на картах є модульний процесор під назвою Heron, який може поєднувати кілька 133-кубітних блоків для створення більш потужних квантових процесорів.

До кінця 2023 року заплановано випуск IBM Quantum System Two. Ця модульна система стане основою квантових суперкомп’ютерів компанії, вміщуючи кілька процесорів із каналами зв’язку між ними. Все це сходинки на шляху до планів IBM щодо створення квантової системи з більш ніж 4000 кубітами до 2025 року.

Число кубітів у що існує на цей час квантових пристроїв не дозволяє вирішувати прикладні завдання. Квантова перевага, яку показав надпровідниковий процесор Sycamore, говорить лише про те, що в деяких спеціально вибраних завданнях квантовий обчислювач виявляється швидше за класичний. Для того, щоб від абстрактних завдань перейти до реальних, необхідні десятки та сотні тисяч кубітів.

Крім нарощування числа кубитів, вченим доводиться замислюватися і над тим, як не зробити свій процесор дуже громіздким, як, наприклад, вийшло у групи вчених з Китаю. Фотонний обчислювач, на якому вони продемонстрували квантову перевагу, включає оптичний інтерферометр, який був зібраний на оптичному столі з використанням об’ємної оптики (коли фотони переміщаються по повітрю, а схема складається зі звичайних дзеркал, лінз та інших оптичних елементів), саме тому для її складання потрібно багато місця, а для налаштування – велика точність. Уникнути проблем із масштабованістю можна, якщо перенести інтерферометри на невеликі чіпи з оптичними хвилеводами. І якщо фотонні схеми на інтегральних чіпах стали популярні нещодавно, то надпровідникові обчислювачі від початку друкувалися ними.

Дослідники з IBM прагнуть масштабувати процесори на надпровідниках і цього разу їм вдалося створити компактний інтегральний чіп із 433 кубитами. Найскладніше у створенні чіпа з великою кількістю надпровідникових кубітів — уникнути чи значно зменшити небажану взаємодію між кубитами. Чим більше кубитів необхідно помістити на чіпі, тим щільніше вони повинні бути там розташовані і тим технічніше складніше боротися з перехресною взаємодією між кубитами.

Фізики ставили перед собою завдання перевірити чи практично буде вмістити таке число надпровідникових кубітів на чіп і при цьому зберегти його працездатність. Вони не намагалися використовувати чіп для будь-яких обчислень, тому поки не можна передбачити, чи вдасться їм показати квантову перевагу на прикладній задачі й скільки часу вимагатиме налаштування та програмування процесора. З усім тим, до 2023 року компанія планує розробити 1121-кубітний обчислювач.

Попередні докази квантового переваги, наприклад, оскаржене багатьма доказ компанії Google, спиралися на виконання певних складних розрахунків. У IBM не стали йти цим шляхом, поставивши перед собою мету залізно (в прямому і переносному сенсі) довести перевагу деяких базових принципів квантових систем. Спочатку вони зробили це теоретично, а потім підтвердили вірність рішення практичних експериментом.

Для проведення експерименту в IBM взяли завдання визначення більшості з трьох значень. Для вирішення цього завдання була створена класична електронна схема з одним логічним елементом з двома входами і одним регістром (бітом) для зберігання проміжних результатів. Аналогічна за призначенням і реалізації квантова схема спиралася на чотири кубіта, три з яких кодували вхідний сигнал, а четвертий кубіт зберігав проміжний результат.

На вхід кожної схеми подавалися дані, результати зчитувалися після обробки. Якщо на вхід подавалося більше половини нулів, ніж одиниць, то схема повинна була повернути 0. Якщо одиниць було більше, схема повинна була повернути 1. Класична електронна схема з 0 і 1 повертала правильний результат не кожен раз. При підключенні до неї генератора випадкових чисел і багаторазовому повторенні експерименту схема видавала правильну відповідь в 87,5% випадків через помилки і аналогової природи відбуваються в ній фізичних процесів.

Квантовий комп’ютер IBM навіть в сучасному «галасливому» стані кубітів правильно вирішував завдання в 93% випадків. Ідеальна квантова система з повною відсутністю помилок правильно вирішувала б цю задачу в 100% випадків або, простіше – вона завжди видавала б правильний результат на відміну від класичного комп’ютера.

Звіт про виконану роботу фахівці IBM надали в журналі Nature Physics. Наведені дані доводять, що квантове перевагу – це не міф. По крайней мере, для вирішення завдань з обмеженими умовами. Джерело

Дослідницька платформа буде доступна комерційним компаніям і дослідницьким організаціям для розробки і тестування прикладних квантових алгоритмів і створення унікальних технологій на їх основі. Управлінням експлуатацією квантового комп’ютера буде займатися суспільство Фраунгофера. Всі дані про проекти та користувачів збережуться в Німеччині, відповідно до місцевого законодавства.

«Використання квантових обчислень як ключовий технології для збереження конкурентоспроможності і збереження технологічного суверенітету викликають величезний інтерес як у представників промисловості, так і серед дослідників», – заявив президент товариства Раймунд Нойгебауер (Reimund Neugebauer). Джерело