IBM хоче побудувати квантовий комп'ютер на 100 тис. кубітів: але є одна проблема

Компанія IBM (International Business Machines) заявила про свій намір побудувати квантовий комп'ютер на 100 тисяч кубітів, повідомляє MIT technology Review. Проєкт збираються реалізувати протягом наступних десяти років і витратити на нього $100 млн, про що представники компанії сказали під час саміту G7 у Хіросімі, Японія.

Для реалізації цього амбітного проєкту IBM вже співпрацює з Університетом Токіо та Університетом Чикаго. Ідея полягає в тому, що 100 000 кубітів працюватимуть у парі з кращими "класичними" суперкомп'ютерами, щоб досягти нових проривів у областях, таких як розробка ліків, виробництво добрив, підвищення ефективності батарей та багатьох інших.

"Я називаю це квантово-орієнтованим суперобчисленням", — сказав віцепрезидент IBM за квантовими технологіями Джей Гамбетта. Квантові комп'ютери зберігають та обробляють інформацію за допомогою особливих властивостей елементарних частинок: електрони, атоми та маленькі молекули можуть знаходитися одночасно в кількох енергетичних станах, що називається суперпозицією, а стани частинок можуть бути пов'язані один з одним, або заплутані. Це означає, що інформація може бути закодована та оброблена новими способами, відкриваючи двері до ряду обчислювальних завдань, неможливих для класичних комп'ютерів.

Що не так із квантовими обчисленнями

Поки що квантові комп'ютери не показали нічого такого, з чим не змогли б впоратися стандартні суперкомп'ютери. Це багато в чому пов'язано з тим, що у них не вистачає кубітів і в тому, що системи легко порушуються найменшими перешкодами у навколишньому середовищі, які фізики називають шумом.

Дослідники активно й успішно працюють над нівелюванням цієї проблеми, але багато хто вважає, що квантові системи повинні значно збільшитися в розмірах, щоб бути дійсно корисними, оскільки вони зможуть виділити більшу частину своїх кубітів для виправлення помилок, спричинених шумом.

Проблема "енергетичної ненажерливості"

Крім шуму квантові комп'ютери, як і будь-які інші комп'ютерні системи, страждають від необхідності значного використання енергії. І це найголовніша для них проблема. На цей час для роботи кожного із надпровідних кубітів IBM потрібно близько 65 Вт.

"Якщо я хочу створити квантовий комп'ютер на 100 000 кубітів, це вимагатиме багато енергії: мені знадобиться батарея розміром як будинок, атомна електростанція та мільярд доларів, щоб зробити одну машину", — каже Гамбетта. "Це поки що неможливо. Щоб збільшити кількість від сьогоднішніх 5000 до 100 000 кубітів, нам явно потрібні інновації", — зазначає він.

IBM вже провела підтверджуючі експерименти, що показують, що інтегральні схеми, засновані на технології "комплементарних оксидів металів і напівпровідників" (CMOS), можуть бути встановлені поруч із холодними кубітами, щоб керувати ними використовуючи всього з десяток міліватів. Крім того, визнає він, технології, необхідної для квантово-орієнтованих суперкомп'ютерів ще не існує: саме тому академічні дослідження є життєво важливою частиною проєкта.

Хто конкурує з IBM

IBM не перша ставить такі великі цілі. Google заявила, що планує досягти мільйона кубітів до кінця десятиліття, хоча через корекцію помилок лише 10 000 будуть доступні для обчислень. Компанія IonQ з Мериленда прагне мати 1024 "логічних кубіти", кожен з яких складатиметься з коригувального ланцюжка помилок з 13 фізичних кубітів, що виконують обчислення до 2028 року. Компанія PsiQuantum з Пало-Альто, як і Google, також прагне побудувати квантовий комп'ютер на мільйон кубітів, але вона не розкриває своїх термінів чи вимог щодо корекції помилок.