IBM Q

2021: Анонс дорожной карты 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.

Вице-президент IBM по развитию квантовой экосистемы Боб Сутор (Bob Sutor) заявил, что для достижения этих целей у компании есть прочный фундамент, в том числе уверенность в своих научных и инженерных силах.

Дорожная карта по развитию квантовых компьютеров

Мы сможем сделать прорыв: используя небольшие системы, мы доберемся до более крупных, а они помогут сделать квантовые вычисления полезными, чтобы они выполняли задачи лучше классических систем, — заявил он.

В 2021 году IBM планирует выпустить Qiskit runtime — среду выполнения, которая позволит запускать больше процессов и с большей производительностью. Боб Сутор утверждает, что это решение поможет в 100 раз ускорить вычислительные операции для некоторых приложений.

В корпорации добавляют, что 100-кратное ускорение компанией IBM среды выполнения для всех квантовых компьютеров уже в 2021 году позволит всего за несколько часов выполнять расчеты, которые прежде занимали несколько дней.

Корпорация намерена в 2020 году сделать доступными для разработчиков динамические квантовые схемы (квантовая схема – последовательность инструкций для выполнения), которые позволят решать на квантовых компьютерах прежде невыполнимые задачи.

К 2022 году обновленное ПО, в частности язык ассемблера OpenQASM3, в сочетании с развитием технологий квантовых вычислений позволит программистам запускать динамические схемы, содержащие как классические, так и квантовые инструкции, которые выполняются в пределах времени когерентности кубитов. В 2023-2024 году IBM представит библиотеки готовых квантовых схем для разработчиков, говорится в дорожной карте.^[1]

2019

Самый мощный коммерческий квантовый компьютер IBM стал втрое быстрее

18 сентября 2019 года IBM анонсировала обновление своего самого мощного коммерческого квантового компьютера. Он стал быстрее почти втрое: вместо менее 20 кубитов он обладает 53-мя.

Кроме того, компания улучшила конструктивную часть чипов и обновила электронику, чтобы уменьшить вероятность ошибок в данных.

С того момента, как мы в 2016 году начали предлагать самый первый квантовый компьютер в облаке, наша стратегия заключилась в выводе квантовых вычислений за пределы отдельных лабораторных экспериментов, проводимых несколькими организациями, и предоставить их десяткам тысяч пользователей. Мы последовательно наращиваем мощность и улучшает производительность наших систем несколько раз в год, — заявил директор IBM Research Дарио Хил (Dario Gil).

[IBM анонсировала обновление своего самого мощного коммерческого квантового компьютера

Вычислительная мощность 53-кубитовой системы будет доступна клиентам с середины октября 2019 года. Она является частью нового квантового вычислительного центра IBM в Нью-Йорке. Там также будут расположены пять компьютеров с 20-кубитным квантовым чипом, а к ноябрю 2019 года их количество увеличится до 14 штук. В IBM обещают 95% доступность своих квантовых машин и удвоенную производительность по сравнению с прежними 20-кубитными решениями, созданными в 2018 году.

К 18 сентября 2019 года ресурсами квантовых компьютеров IBM пользуются около 80 компаний (среди них — JP Morgan Chase) и исследовательских институтов. К этому времени оборудование было использовано для более чем 14 млн экспериментов в различных областях: от работы с химическим составом аккумуляторов до рынка опционов.

Что касается конкурентов, то у Google уже есть 72-кубитное устройство, но она не позволяет посторонним запускать на нем программы. Другие компании, разрабатывающие квантовые компьютеры, такие как Rigetti Computing и канадская D-Wave, также запустили свои облачные сервисы.^[2]

«Персональный» квантовый компьютер Q System One

8 января 2019 года стало известно, что 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». Система представляет собой 20-кубитное вычислительное устройство четвертого поколения, заключенное в герметичный корпус в форме куба с гранью длинной 2,75 м, который выполнен из боросиликатного стекла толщиной 1,27 см. Помимо квантового процессора в корпусе Q System One располагаются различные управляющие модули, а также система охлаждения.

Выбор материала корпуса, по данным ресурса Engadget, обоснован простотой поддержания необходимой для функционирования устройства температуры – порядка 10 милликельвинов, то есть достаточно близко к абсолютному нулю. Конструкция корпуса позволяет предохранять компоненты квантового компьютера от нежелательных вибраций, способных привести к возникновению вычислительных ошибок в процессе его работы.

Несмотря на относительную компактность модели, продемонстрировать полноразмерный работающий прототип в IBM не отважились – вместо него была представлена уменьшенная до 2,25 м версия Q System One с отсутствующей задней панелью, за которой скрываются модули охлаждения, питания и управления, а также без защитного «колпака», под которым прячется собственно квантовый компьютер. Тем не менее, по словам Боба Сатора (Bob Sutor), вице-президента IBM Research, у IBM есть «полностью работоспособный» прототип Q System One в Йорктаун Хайтс (Нью-Йорк, США), который на январь 2019 года уже применяется при проведении экспериментов.

Компания также планирует открыть центр квантовых вычислений в Покипси (Нью-Йорк, США) для работы над усовершенствованной версией Q System One. Создатели еще не решили, подвергнется ли переработке йорктаунский прототип или изделие будет собираться «с нуля».^[3]

2017

Привлечение Samsung, Daimler и Honda для апробации квантовой технологии

14 декабря 2017 года стало известно о том, что корпорация IBM выбрала 12 компаний для апробации своей квантовой компьютерной технологии. В рамках программы под названием Q Network компания IBM через облако предоставит партнерам доступ к своей вычислительной машине мощностью 20 кубитов (квантовых битов).

По данным Bloomberg, опробовать возможности квантового компьютера IBM смогут банки JPMorgan Chase & Co. и Barclays, автопроизводители Daimler и Honda Motor, южнокорейский технологический гигант Samsung Electronics, химические компании JSR и Nagase, производитель специализированных сплавов Hitachi Metals и другие. В числе задач, для которых может использоваться квантовый компьютер — создание новых химических катализаторов и разработка новых материалов с необычными свойствами.

IBM выбрала 12 компаний для апробации своей квантовой технологии

Квантовый компьютер IBM теоретически способен выполнять более 1 млн вычислительных операций одновременно. Пока эта и другие подобные системы уступают традиционным суперкомпьютерам, которые могут выполнять десятки тысяч триллионов операций в секунду. Кроме того, квантовые компьютеры во время вычислений допускают ошибки, что может сделать результаты непригодными для практического применения.

Впрочем, в перспективе квантовые вычислительные системы должна будут превзойти суперкомпьютеры. Позволяя партнерам оценить возможности новой технологии, IBM рассчитывает, что в будущем, когда появятся более мощные устройства, компании будут готовы перейти на нее.

В JPMorgan заявили, что планируют воспользоваться предложением IBM и изучить, возможно ли использовать квантовые компьютеры для оценки трейдинговых стратегий, стоимости активов и анализа рисков.

В Daimler отметили, что хотят исследовать, как квантовые компьютеры могут помочь в усовершенствовании производственных процессов, построении маршрутов для беспилотных автомобилей и разработке новых материалов для автомобильной промышленности.

В Samsung обещали рассмотреть применение квантовых компьютеров в полупроводниковом производстве, а JSR — в химическом.^[4]

Самый мощный квантовый компьютер

10 ноября 2017 года на конференции IEEE Industry Summit (Вашингтон, США), посвященной будущему компьютерных технологий, компания IBM объявила о создании рабочего прототипа 50-кубитного квантового компьютер, который тем самым стал самым большим и мощным в своем классе к моменту анонса. Планируется, что в будущем вычислительные возможности 50-кубитного компьютера станут доступны из облака в рамках проекта IBM Q.

Криостат IBM, подключенный к 50-кубитной системе

Кроме того, IBM собирается до конца 2017 года предоставить пользователям доступ к 20-кубитной системе в облаке, которая позволит осуществлять вычисления при когерентности в 90 микросекунд (когерентность — это свойство кубитов находиться в нескольких состояниях одновременно). Это время кажется небольшим, однако оно является рекордным для отрасли, где одной из самых больших проблем является поддержание жизни кубитов.

Как отмечается, на увеличение времени когерентности для 20-кубитного процессора у IBM ушло полгода — в результате удалось добиться удвоения показателя по сравнению с 5- и 16-кубитными моделями, доступными пользователям. На 2018 год запланированы работы по дополнительной модификации 20-кубитной версии.

Как отметил профессор Университета Мэриленд Эндрю Чайлдс (Andrew Childs) изданию MIT Tech Review, IBM еще не опубликовала детали своего нового квантового компьютера в журнале, рецензируемом специалистами в данной области.

Команда IBM фантастична, и ясно, что они серьезно относятся к этому, но не видя деталей, трудно комментировать, — сказал Чайлдс, добавив, что больше кубитов не обязательно переводится в прыжок в вычислительной способности, поскольку эти кубиты могут быть шумными, и могут быть проблемы с тем, насколько хорошо они связаны.[5]

Мощный квантовый компьютер, подобный тому, который создала IBM, имеет очень вычислительную мощность при выполнении конкретных типов заданий. Такое оборудование может быть полезно при имитации химических взаимодействий на субатомном уровне и других сложных операций.

По данным IBM, за все время существования проекта IBM Q квантовыми вычислениями в облаке успели воспользоваться 60 тыс. пользователей. В общей сложности они провели 1,7 млн экспериментов, по результатам которых было опубликовано 35 исследовательских работ. В проекте были зарегистрированы пользователи из 1,5 тыс. университетов, 300 старших школ и 300 частных институтов по всему миру.

Мы ставим мировые рекорды по темпам развития технологий квантовых вычислений. Но мы должны быть уверены, что к ним есть доступ не только у физиков, — заявил руководитель квантового направления IBM Дарио Джил.

Как отмечает издание Futurism, компания IBM добилась значительных успехов в области квантовых вычислений с тех пор, как ее исследователи помогли создать поле квантовой обработки информации. Но IBM не единственна, кто участвует в гонке по созданию рабочих квантовых компьютеров. Google и Intel также разрабатывают собственные квантовые вычислительные системы, американский стартап Rigetti обещает произвести революцию в этой области, а канадская компания, специализирующаяся на квантовой вычислительной технике, D-Wave к ноябрю 2017 года разработала пару квантовых компьютеров, которые были использованы NASA и Google.

Исследования в области химии

Ученые компании IBM составили математическую модель молекулы химического вещества и произвели расчеты этой модели при помощи имеющегося в их распоряжении квантового компьютера. "Сердцем" этого квантового компьютера является процессор с семью квантовыми битами, кубитами, а рассчитанная модель молекулы является моделью молекулы гидрида бериллия (BeH2), моделью самой сложной на сегодняшний день молекулы, рассчитанной на квантовом компьютере. Данное достижение является демонстрацией возможности использования квантовых вычислительных систем для углубленного изучения процессов и явлений, происходящих во время сложных химических реакций, что в будущем может привести к ряду прорывов и достижений в области химии, материаловедения, медицины и т.п.

"Мы ожидаем, что в течение нескольких следующих лет возможности квантовых вычислительных систем IBM Q намного превзойдут возможности даже самых мощных современных суперкомпьютеров" - рассказывает Дарио Джил (Dario Gil), вице-президент IBM Research, курирующий направление развития систем искусственного интеллекта и квантовых вычислений, - "И эти квантовые компьютеры станут незаменимым инструментом для проведения исследований в таких областях, как химия, биология, здравоохранение и материаловедение"

Отметим, что возможностей современных суперкомпьютеров еще недостаточно для того, чтобы учесть все тонкости поведения и взаимодействия электронов в даже не самых сложных молекулах. А при увеличении сложности молекул требования к количеству ресурсов и вычислительной мощности компьютеров увеличиваются по экспоненте и с такими задачами смогут справиться только квантовые компьютеры с большим количеством кубитов.

Анонс

В марте 2017 года IBM анонсировала, как утверждает компания, первый в мире коммерческий сервис квантовых вычислений. Программа под названием IBM Q запущена в облачной инфраструктуре IBM Cloud.

В рамках IBM Q будут предоставляться сервисы и услуги консалтинга подобно тому, как это делается на платформе IBM Watson. Только в случае с новым проектом будут использоваться не традиционные компьютеры, а квантовые.

IBM планирует создать квантовый компьютер примерно с 50 кубитами, что в 10 раз мощнее системы, разработанной компанией к марту 2017 года. Высокопроизводительная машина сможет выполнять задачи, с которыми не могут справиться обычные ПК: например, быстро искать новые лекарства и совершать научные открытия за короткое время.

IBM запустила первый в мире сервис квантовых вычислений — IBM Q

Квантового компьютера с 50 кубитами хватит для практической разработки алгоритмов и решения важных проблем, говорит вице-президент и технический директор по квантовым вычислениям в подразделении IBM Systems Скотт Кроудер (Scott Crowder). Более быстрые системы помогут открыть новые методы использования квантовых компьютеров, о которых ранее и не подозревали ученые, добавил он.

Программа IBM Q позволит пользоваться большими возможностями квантовых вычислений на коммерческом уровне для решения практических задач из области науки и бизнеса. Такие компьютеры, к примеру, помогут в поиске новых молекулярных структур, оптимизации логистики, финансовом моделировании, развитии искусственного интеллекта и защите информации.

В 2017 году IBM выпустит программный инструментарий, необходимый для разработки квантовых приложений. Разработчики получат новые API-интерфейсы, помогающие связать квантовые вычисления с классическими без глубоких знаний в квантовой физике.

К марту 2017 года клиенты IBM могут бесплатно пользоваться 5-кубитным квантовым компьютером в качестве публичного облачного сервиса. Его возможности задействовали 40 тыс. пользователей более чем в 200 тыс. экспериментов и 15 научно-исследовательских работах, рассказали в IBM.^[6]

Примечания