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
Другие новости по теме:
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 