2029 год — точка отсчёта: мир ждет квантовая революция

Американская корпорация IBM объявила о намерении разработать к 2029 году первый в мире крупномасштабный квантовый компьютер с функцией отказоустойчивости, который получил название Quantum Starling.

По информации компании, эта система будет способна обрабатывать схемы, включающие до 100 миллионов вентилей и 200 логических кубитов, что позволит ей выполнять в 20 тысяч раз больше операций, чем существующие квантовые устройства. Вместе с этим анонсом была обновлена стратегия развития квантовых технологий компании, а также опубликованы две научные статьи, раскрывающие детали аппаратного и программного обеспечения, на которых будет базироваться новая архитектура.

Основой для Quantum Starling станет модульная платформа, известная как архитектура "велосипед". Она использует специальные квантовые коды с низкой плотностью проверок на чётность, что позволяет создавать логические кубиты из групп физических кубитов с меньшими затратами и более эффективным устранением ошибок.

В рамках этой системы применяются два типа кодов: один из них кодирует 12 логических кубитов в 144 физических, а другой удваивает количество физических кубитов для повышения надёжности и снижения числа ошибок. Для обеспечения стабильной работы компания планирует использовать сложные методы измерений и управления, а также специальные модули, которые будут взаимодействовать друг с другом через дальнодействующие соединения, сохраняя при этом гибкость и масштабируемость системы.

Согласно обновлённой стратегии компании, уже к 2025 году Quantum Starling сможет поддерживать схемы с 100 миллионами вентилей, что в десять раз превышает возможности современных систем. А к 2033 году планируется запуск следующей модели, Quantum Blue Jay, которая будет включать 2000 логических кубитов и сможет обрабатывать до миллиарда вентилей. Представители компании отметили, что частота ошибок в их новых разработках значительно ниже, чем в системах, использующих традиционные поверхностные коды, при одинаковом количестве физических кубитов.

Архитектура "велосипед" представляет собой новый подход к квантовым вычислениям, отличающийся от традиционных методов. Если поверхностные коды требуют высокой плотности связей и большого числа физических кубитов на один логический, то "велосипедные" коды обеспечивают более экономичное использование ресурсов и возможность дальнодействующих взаимодействий.

Каждый модуль такой системы представляет собой решётку в форме тороида, которая позволяет эффективно обнаруживать и исправлять ошибки, сохраняя при этом модульную структуру, удобную для масштабирования. Логические операции в этой системе выполняются с использованием специальных процедур, адаптированных под её уникальную топологию.

Важной частью разработки стал новый метод декодирования, названный Relay-BP. Этот подход позволяет обрабатывать данные в реальном времени, используя компактные и параллельные алгоритмы, которые могут быть реализованы на специализированных чипах. Улучшенные алгоритмы декодирования обеспечивают более высокую точность и стабильность работы системы, что особенно важно при обработке сложных квантовых схем. Компания подчеркнула, что их архитектура отвечает всем ключевым требованиям к масштабируемым квантовым системам, включая точность, универсальность, адаптивность и эффективность.

Создание Quantum Starling может стать важным шагом в развитии квантовых технологий, открывая новые возможности для решения задач в области химии, оптимизации и криптографии. Успех проекта будет зависеть от дальнейшего снижения уровня ошибок и интеграции всех компонентов системы.

Первые результаты испытаний уже демонстрируют значительное преимущество новой архитектуры по сравнению с аналогичными разработками конкурентов, что делает её перспективной для применения в промышленных масштабах.

Уточнения

Ква́нтовый компью́тер — вычислительное устройство, которое использует явления квантовой механики (квантовая суперпозиция, квантовая запутанность) для передачи и обработки данных.