127-кубітовий квантовий процесор Eagle.
У листопаді IBM оголосила про випуск квантового процесора Eagle з рекордною кількістю кубітів (127). Також на підході - два інших квантових процесора цієї компанії, імовірно більш потужні і продуктивні в порівнянні з Eagle. Вони будуть називатися Osprey і Condor, а їх вихід на ринок очікується протягом наступних двох років. Комп'ютери з новим процесором будуть доступні для використання учасникам IBM Quantum Network.
В останнє десятиліття відразу кілька провідних компаній працюють над створенням квантових комп'ютерів, які можна було б використовувати як повнофункціональні обчислювальні машини. Вони досліджують різні підходи до архітектури, зокрема, можливості різної фізичної реалізації кубітів. Тут вже можна виділити два основних напрямки, в яких проводяться роботи: (1) квантові комп'ютери на сплутаних фотонах і (2) з використанням надпровідних матеріалів. Про деякі з таких розробок можна прочитати в інших статтях. Наприклад, див. окремий великий матеріал про розроблений у Китаї квантовий комп'ютер Jiuzhang на основі фотонів, на якому нещодавно вдалося досягти квантової переваги. Всі процесори, створені та анонсовані IBM, використовують для створення кубітів надпровідники.
Новий процесор також встановив рекорд за кількістю використовуваних кубітів (127). Попередній рекорд IBM становив 65 кубітів у процесорі Hummingbird. Представники компанії також оголосили, що Eagle - перший процесор, роботу якого не можна емулювати за допомогою звичайних суперкомп'ютерів. Зазначимо, що кількість кубітів у квантових процесорах - хороший показник, щоб приблизно оцінити досягнення тієї чи іншої фірми, але він не абсолютний. Порівнювати квантові комп'ютери на різних архітектурах (фізичні реалізації кубітів) і від різних виробників тільки за кількістю кубітів - приблизно те ж, що порівнювати звичайні процесори різних компаній (Intel vs AMD) тільки за тактовою частотою або кількістю ядер. Значення має безліч інших факторів, зокрема стійкість обчислювальної схеми, кількість помилок при масштабуванні на десятки кубітів і здатність архітектури справлятися з ними. Так, ще в 2018 році компанія Google оголосила про випуск процесора Bristlecone з 72 кубітами (про це на сайті є окрема стаття), тобто більше, ніж попередній рекорд в 65 кубітів, про який говорить IBM. Перше підтверджене проходження рубежу квантової переваги пов'язують з процесором Sycamore компанії Google, в якому «всього» 53 кубіти (також див. статтю про це). У китайському «фотонному» Jiuzhang - 76 кубітів, але ще складніше порівнювати комп'ютери на фотонних і надпровідникових кубітах. Для порівняння різних архітектур квантових процесорів використовують узагальнені характеристики, наприклад, квантовий обсяг (quantum volume) - евристичну метрику продуктивності, яка враховує і кількість кубітів, і частоту виникнення помилок у квантовій обчислювальній схемі. Квантовий обсяг різних квантових процесорів IBM.
Можливості сучасних технологій - мабуть - це комп'ютери з кількістю кубітів близько декількох десятків. Зі збільшенням їх кількості різко зростають складнощі з масштабуванням через необхідність синхронізації такої великої кількості квантових систем. Крім того, кубіти, реалізовані на надпровідних матеріалах, поки що вимагають наднизьких температур порядку кельвінів, а квантові стани великого їх масиву легко втрачають когерентність навіть при слабких впливах навколишнього середовища, включаючи флуктуації температури. Архітектура heavy-hex lattice розміщення кубітів у нових квантових процесорах IBM.
Процесор Eagle виготовлений за новою технологією: компоненти схем керування масивом кубітів розташовуються на декількох шарах плати, причому самі кубіти займають окремий шар. За словами інженерів IBM, таке розташування покращує стійкість кубітів. Порівняно з попередніми версіями квантових процесорів IBM змінюється і топологія розміщення кубітів на шарі. На цьому і наступних квантових процесорів кубіти розташовуються, формуючи так звану «обважнену шестигранну решітку» (heavy-hex lattice). Кожен кубіт з'єднується з двома або трьома сусідами залежно від знаходження у вузлах або на ребрах шестикутників. Така архітектура - четверта ітерація в топології квантових комп'ютерів IBM, вже використана в попередніх моделях процесорів Falcon (27 кубітів) і Hummingbird (65 кубітів). У всіх майбутніх процесорах вона замінить використовувані раніше схеми з розміщенням кубітів у квадратних і трикутних решітках. Таке ж технічне рішення використовують для двох майбутніх комп'ютерів, Osprey і Condor, з 433 і 1121 кубітами відповідно. Компанія припускає, що з виходом у 2023 році квантового комп'ютера Condor обчислення на ньому вже будуть володіти властивістю квантової переваги.