Квантовые компьютеры IBM

Основная статья: Квантовый компьютер и квантовая связь

2023

Выпущен первый в мире квантовый процессор с 1000 кубитами

4 декабря 2023 года корпорация IBM анонсировала изделие Condor — первый в мире квантовый процессор, насчитывающий более 1000 кубитов (квантовых битов). Утверждается, что этот чип выводит на новый уровень возможности масштабирования и производительности при организации квантовых вычислений. Подробнее здесь.

Представлен первый в мире модульный квантовый компьютер

4 декабря 2023 года корпорация IBM анонсировала первый в мире модульный квантовый компьютер — платформу Quantum System Two. В основу данной системы положены новейшие квантовые процессоры IBM Heron со 133 кубитами (квантовыми битами). Подробнее здесь.

Совершен прорыв в создании полностью отказоустойчивого квантового компьютера

В конце августа 2023 года исследователи IBM Quantum сообщили о разработке технологии, открывающей путь к созданию полностью отказоустойчивого квантового компьютера.

Квантовые вычислительные комплексы способны вывести решение ресурсоемких задач на новый уровень, недостижимый для традиционных систем. Обеспечивается это благодаря использованию квантовых битов — кубитов, которые могут одновременно принимать значение и логического ноля, и логической единицы. Это дает многократное повышение производительности. Однако обратной стороной медали является большое количество ошибок: квантовые компьютеры очень чувствительны к шумам, таким как электромагнитные сигналы, изменения температуры и возмущения в магнитном поле Земли. Кроме того, кубиты по самой своей природе подвержены ошибкам.

Исследователи сообщили о разработке технологии, открывающей путь к созданию полностью отказоустойчивого квантового компьютера

Обычно для исправления ошибок используются поверхностные коды — двухмерные решетки, похожие на шахматные доски. Однако эффективное исправление ошибок для кубитов является более сложной задачей. Исследователи IBM Quantum разработали систему, которая значительно улучшает процесс обнаружения ошибок в квантовых вычислительных комплексах. При этом существенно сокращается необходимый арсенал.

По оценкам ряда экспертов, для создания отказоустойчивых квантовых вычислений потребуются миллионы кубитов. Вместе с тем технология IBM Quantum, предполагающая использование улучшенного кода и измененное размещение кубитов, позволяют уменьшить количество кубитов, необходимых для коррекции ошибок, на порядок.

Практическая коррекция ошибок далека от внедрения. Однако новые коды и другие достижения в этой области повышают уверенность в том, что отказоустойчивые квантовые вычисления не просто возможны, а возможны без необходимости создания неоправданно большого квантового компьютера, — говорят авторы работы.[1]

2022

IBM начала строить квантовый компьютер в клинике

В середине октября 2022 года появилась информация о том, что крупный частный медицинский центр, который находится в американском городе Кливленд совместно с компанией IBM приступили к монтажу первого квантового компьютера в больнице. Подробнее здесь.

Представлен квантовый компьютер IBM Osprey с рекордными 433 кубитами

10 ноября 2022 года компания IBM запустила квантовый компьютер с рекордным числом кубитов. Машина, получившая название Osprey, состоит из 433 кубитов и имеет в три раза больше кубитов, чем машина Eagle, которая была запущена в 2021 году. Подробнее здесь.

Создан суперхолодильник для квантовых компьютеров. Он охлаждает сильнее, чем космос

13 сентября 2022 года стало известно, что IBM создала суперхолодильник для квантовых компьютеров. Он в 10 раз меньше, чем существующие аналоги и охлаждает сильнее космоса. Подробнее здесь.

План выставления на продажу квантовых компьютеров

Исполнительный директор IBM Арвинд Кришна (Arvind Krishna) заявил, что к 2025 г. корпорация выставит на продажу «тысячи» квантовых компьютеров. Об этом стало известно 13 мая 2022 года. По словам главы компании, эти системы будут обладать вычислительной мощностью в 4000 кубитов, в то время как на май 2022 года наиболее мощные системы поддерживают около 127 кубитов.

На практике квантовые компьютеры будут использоваться для оптимизации маршрутов беспилотных грузовых автомобилей и моделировать финансовые риски с беспрецедентной эффективностью. По словам Кришны, для решения таких задач потребовались бы традиционные компьютеры «размером с планету».

Квантовые процессоры IBM основаны на технологии сверхпроводящих кубитов, которая разрабатывается с середины 2000-х годов. Данные в таких процессорах представлены в виде электронных состояний искусственных атомов; вычислительные процессы инициируются при помощи последовательностей микроволновых импульсов. В силу физической специфики процессор может функционировать только при температурах, близких к абсолютному нулю, поэтому его приходится держать в мощном промышленном холодильнике, оказывающемся неотъемлемой частью квантового компьютера.

Сфер применения квантовых компьютеров немало: всегда найдутся задачи, требующие недостижимых вычислительных мощностей. Вопрос в том, какова их практическая значимость в текущих условиях, — сказала Анастасия Мельникова, директор по информационной безопасности компании SEQ. — Если задачи, решение которых требует квантовых вычислений, возникли на практике, и спрос стал не умозрительным, а вполне реальным, значит, в ближайшие годы можно ждать и реального ответа на него.

Ранее IBM анонсировала квантовые процессоры на 400 и 1000 кубитов, первый из которых, Osprey, планируется выпустить уже в 2022 г.

Увеличение количества кубитов требует инновационной конструкции процессоров. Недавние разработки IBM, такие как Falcon и Eagle, построены по шестиугольной схеме (heavy-hexagonal), в которой количество связей между отдельными кубитами снижено до необходимого минимума — это должно привести к снижению интерференции между ними и, как следствие, к уменьшению количества ошибок в вычислениях.

В предыдущих версиях процессоров, каждый кубит снабжался специализированным набором электронных компонентов, отвечающих за запись данных в него и считывание результатов вычислений. Обновленная технология, впервые примененная в прошлогоднем 127-кубитном процессоре Eagle, позволила уменьшить количество электроники, необходимой для обмена данными^[2].

2021

Анонс квантового процессора IBM Eagle на 127 кубитов

В середине ноября 2021 года IBM представила новый процессор Eagle на 127 кубитов для квантовых вычислений. Технология позволит компании реализовать квантовый компьютер, который будет намного быстрее классических ПК. Подробнее здесь.

10-летний контракт с Кливлендской клиникой на использование квантовых вычислений для исследований

В конце марта 2021 года IBM объявила о 10-летнем партнерстве с Кливлендской клиникой, в рамках которого будет осуществляться развитие лаборатории Discovery Accelerator. Ее сотрудники будут заниматься научными исследованиями в сфере здравоохранения и наук о жизни с использованием квантовых вычислений и искусственного интеллекта. В рамках партнерства IBM установит свой первый частный квантовый компьютер IBM Quantum System One в кампусе клиники в Кливленде. Ранее системы внедрялись только в госорганизациях. Подробнее здесь.

IBM и ExxonMobil разработали квантовые алгоритмы для управления грузовыми судами по всему миру

В середине февраля 2021 года исследовательские группы ExxonMobil и IBM разработали квантовые алгоритмы для управления грузовыми судами по всему миру. Около 90% мировой торговли полагается на морские перевозки, и более 50 000 судов, каждое из которых перевозят до 200 000 контейнеров, ежедневно пересекают водные просторы для перевозки товаров на общую сумму 14 триллионов долларов, поэтому для классических компьютеров эта задача непосильна. Подробнее здесь.

IBM представила дорожную карту по разработке квантовых компьютеров

В начале февраля 2021 года IBM представила дорожную карту по разработке квантовых компьютеров. В соответствии с планами американской корпорации, в 2021 году мощность такого вычислительного оборудования достигнет 100 кубитов, а в 2022-2023 гг — 400 и 1000 кубитов соответственно. Подробнее здесь.

2019

20 лет развития квантовых вычислений. Инфографика

На август 2019 г ожидается, что Rigetti, стартап по квантовым вычислениям, выпустит 128-кубитовую систему в 2019 году. Это может стать важным достижением на квантовой арене.

Принципиальное различие между современными компьютерами и вычислительными системами, с которыми мы взаимодействуем, заключается в огромной скорости и способе обработки информации на сервере. Создание подобных машин угрожает современным стандартам шифрования данных.

IBM представила «персональный» квантовый компьютер Q System One

8 января 2019 года корпорация IBM представила Q System One – компактный модульный квантовый компьютер, который сами представители компании окрестили «интегрированной универсальной квантовой вычислительной системой, разработанной для научного и коммерческого применения». Подробнее здесь.

2017: IBM запустила первый в мире сервис квантовых вычислений

В марте 2017 года IBM анонсировала, как утверждает компания, первый в мире коммерческий сервис квантовых вычислений. Программа под названием IBM Q 50-кубитный квантовый процессор будет запущена в облачной инфраструктуре IBM Cloud. Подробнее здесь.

2012: Прогресс IBM Research в исследовании квантовых вычислений

28 февраля 2012 года команда учёных подразделения IBM Research заявила о достижении прогресса в направлении квантовых вычислений, что даст инженерам возможность приступить к непосредственной работе по созданию квантового компьютера.

Этот прорыв позволит учёным снизить величины нарастания ошибок данных в процессе элементарных вычислений, сохраняя при этом целостность квантово-механических свойств квантовых битов данных, известных как кубиты.

По мнению Марка Кетчена (Mark Ketchen), руководителя группы исследований физики информации центра TJ Watson компании IBM, создание квантовых компьютеров экспоненциально увеличит мощь вычислений в сравнении с той, что доступна обычным современным процессорам.

Кубит как и обычный бит может иметь два значения: 0 или 1. Разница в том, что бит должен иметь значение либо 0, либо 1, а кубит может быть 0, 1 или совмещать эти данные. В сообщении IBM говорится, что пока ещё квантовый компьютер далёк от реальности - на его создание, возможно, уйдёт от 10 до 15 лет. Тем не менее, прогресс в снижении уровня ошибок и сохранения целостности квантово-механических свойств кубита открывает широкие возможности для экспериментов. «Мы достигли, наконец, того, что устройства работают стабильно и возможна проверка данных и коррекция ошибок. Как только этот порог пересекаешь, азарт возрастает очень сильно», - сказал Кетчен.

Свои достижения в области квантовых вычислений команда IBM представила на ежегодной встрече Американского Физического Сообщества (American Physical Society) 28 февраля 2012 года.

IBM не одинока в своих исследованиях квантовых вычислений. Решением аналогичных задач заняты Калифорнийский и Йельский университеты. Однако Кетчен утверждает, что только у IBM имеются ресурсы для изготовления чипов для квантовых вычислений.

В отличие от нынешних кремниевых полупроводников IBM применяет сверхпроводящие кубиты, использующие методики микронных технологий, разработанные для кремниевых технологий, но производимые на сапфировых чипах, что позволяет одним махом нарастить производство кубитов до тысяч или миллионов единиц.

По словам Кетчена, пока IBM удается достичь 95% точности операции на своих прототипах. Учёные хотят достичь точности выше 99%, так, чтобы сокращение ошибок в данных достигло точки, где их уже можно будет использовать в вычислениях с приемлемой степенью точности. «После того как уровень ошибок в данных становится достаточно маленьким, вы можете объединить несколько затворов и получить идеальный кубит, - сказал Кетчен. – Теперь всё становится понятным как на площадке, где можно что-то создать и получить правильный ответ. Имеется в виду, что теперь нам придётся серьезнее подумать о более сложных вопросах вычислений, их взаимодействии».

Примечания