Исследователи из IBM совершили прорыв в квантовых вычислениях, создав технологию, которая позволяет двум квантовым процессорам (QPU) работать как единое целое. Ключевым достижением стало использование стандартной системы связи для синхронизации процессоров в реальном времени. Это позволило реализовать динамическую схему, которая снижает уровень ошибок и значительно повышает как вычислительную мощность, так и потенциал для масштабирования систем.
Что такое квантовый процессор и с какими трудностями он сталкивается
Квантовый процессор (QPU) — это сердце квантового компьютера, аналог классического центрального процессора (ЦП). Его задача — управлять квантовыми битами (кубитами) с помощью квантовых логических вентилей. Эти вентили являются фундаментальными строительными блоками для создания сложных квантовых схем. Однако по мере увеличения числа кубитов в системе резко возрастает и количество ошибок. Поэтому одна из главных инженерных задач — обеспечить стабильность кубитов и разработать эффективные системы их коррекции.
Другое серьёзное ограничение связано с архитектурой. Большинство современных крупномасштабных систем используют плоские массивы кубитов, что сильно сужает возможности их взаимного соединения. Как отмечают специалисты IBM в статье для журнала Nature, для перехода к отказоустойчивым квантовым компьютерам будущего необходимы модульные подходы, позволяющие преодолеть барьер ограниченной связности.
Модульный подход и динамическая архитектура IBM
Ожидается, что такие платформы, как компьютеры на захваченных ионах, обеспечат хорошую базовую модульность. Команда IBM предложила иной, инновационный путь — динамическую конструкцию, которая обеспечивает модульность за счёт соединения двух отдельных QPU с помощью классической системы связи. Это решение отвечает на запрос многих квантовых алгоритмов, которым требуется более высокая степень связности и больше кубитов, чем может предоставить один процессор.
Значительный прирост производительности и универсальности
Разработанная система включает в себя встроенный модуль для подавления ошибок и устройство для генерации сложных квантовых состояний. В эксперименте было задействовано до 142 кубитов, распределённых между двумя процессорами IBM Eagle QPU. Каждый из этих процессоров, построенных на архитектуре сверхпроводящих кубитов, способен работать с 127 кубитами. Они отличаются низкой чувствительностью к шуму и используют негармонические осцилляторы для создания необходимых квантовых эффектов.
Сравнительная таблица процессоров Eagle 3-го поколения.
Процессоры Eagle третьего поколения используют многоуровневую систему передачи данных (мезонин), которая изолирует сигналы управления и считывания, позволяя им эффективно проникать в крупные QPU. В новом исследовании два таких процессора были соединены в режиме реального времени. Это означает, что результаты измерений, полученные на одном QPU, мгновенно передаются по классическому каналу и используются для управления квантовыми вентилями на другом процессоре прямо во время вычислений.
Принципиальная схема системы IBM с двумя подключенными QPU.
Это первая в мире экспериментальная демонстрация, где два квантовых процессора работают слаженно, дополняя друг друга. Как заявила команда, их работа доказывает, что несколько QPU можно использовать как один процессор, а динамическая система коррекции ошибок, активируемая классической связью, повышает надёжность взаимодействия кубитов. Этот результат открывает путь к созданию более мощных, эффективных и универсальных квантовых вычислительных систем модульной архитектуры.
Все последние новости науки и техники читайте на New-Science.ru
Обратите внимание: Финская компания создаст подробную 3d модель всего мира.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.