Что будет дальше с квантовыми вычислениями

Эта история является частью серии статей MIT Technology Review "Что дальше", в которой мы рассматриваем отрасли, тенденции и технологии, чтобы дать вам представление о будущем

В 2023 году достижения в области квантовых вычислений будут определяться не громкими анонсами аппаратного обеспечения, а тем, что исследователи объединили многолетнюю тяжелую работу, научили чипы взаимодействовать друг с другом и отказались от попыток довольствоваться шумом по мере их появления. становится все более важным в более международном масштабе.

В течение многих лет в новостях о квантовых вычислениях преобладали заголовки о системах, бьющих рекорды. Исследователи из Google и IBM спорили о том, кто чего добился и стоило ли это того. Но дни споров о том, у кого самый большой процессор, похоже, прошли: компании сломя голову готовятся к реальному миру. Внезапно все ведут себя как взрослые.

Как бы подчеркивая, насколько исследователи хотят избавиться от ажиотажа, IBM намерена объявить о процессоре в 2023 году, который противостоит тенденции запуска в игру все большего количества квантовых битов, или «кубитов». Квантовые компьютеры могут быть построены с использованием различных технологий, включая сверхпроводящие схемы, захваченные ионы и фотоны, квантовые частицы света.

IBM имеет долгую историю исследований сверхпроводящих кубитов, и на протяжении многих лет компания добилась устойчивого прогресса в увеличении числа кубитов, которые могут поместиться на чипе. В 2021 году, например, IBM представила один с рекордными 127 из них. В ноябре компания выпустила свой процессор Osprey на 433 кубита, а в 2023 году компания планирует выпустить процессор Condor на 1121 кубит.

Однако в этом году IBM также выпустит свой процессор Heron, который будет иметь всего 133 кубита. Это может показаться шагом назад, но, как подчеркивает компания, кубиты Heron будут самого высокого качества. И, что важно, каждый чип сможет напрямую подключаться к другим процессорам Heron, что знаменует собой переход от одиночных квантовых вычислительных чипов к «модульным» квантовым компьютерам, состоящим из нескольких процессоров, соединенных вместе, — разработка, которая должна помочь квантовым компьютерам значительно развиваться. .

Heron — это знак больших перемен в индустрии квантовых вычислений. Некоторые эксперты предполагают, что благодаря некоторым недавним прорывам, агрессивной дорожной карте и высокому уровню финансирования мы сможем увидеть квантовые компьютеры общего назначения раньше, чем многие ожидали всего несколько лет назад. «В целом, события, безусловно, развиваются быстрыми темпами, — говорит Мишель Моска, заместитель директора Института квантовых вычислений Университета Ватерлоо.

Вот некоторые области, в которых эксперты ожидают прогресса.

Проект IBM Heron — это лишь первый шаг в мир модульных квантовых вычислений. Чипы будут подключены к обычной электронике, поэтому они не смогут поддерживать «количество» информации при ее перемещении от одного процессора к другому. Но есть надежда, что эти чипы, в конечном итоге подключенные к дружественным к квантовым системам оптоволоконным или микроволновым соединениям, проложат путь к крупномасштабным распределенным квантовым компьютерам с миллионом подключенных кубитов. Это может быть число, необходимое для запуска полезных квантовых алгоритмов с исправлением ошибок. «Нам нужны технологии, масштабируемые как по размеру, так и по стоимости, поэтому модульность является ключевым фактором, — говорит Джерри Чоу (Jerry Chow), директор по разработке IBM Quantum Hardware System.

Другие компании начинают аналогичные эксперименты. «Соединение вещей воедино внезапно стало большой темой», — говорит Питер Шадболт, научный директор PsiQuantum, которая использует фотоны в качестве своих кубитов. PsiQuantum дорабатывает модульный чип на кремниевой основе. Шадболт говорит, что последний элемент, который ему нужен, — чрезвычайно быстрый оптический переключатель с малыми потерями — будет полностью продемонстрирован к концу 2023 года. «Это дает нам полноценный чип, — говорит он. Затем может начаться строительство складского масштаба: «Мы возьмем все производимые нами кремниевые чипы и соберем из них то, что станет высокопроизводительной вычислительной системой масштаба здания».

Желание переключаться между процессорами означает, что несколько забытая квантовая технология...