Япония отбеляза значим напредък в областта на квантовите технологии с пускането на най-големия в света квантов компютър, използващ свръхпроводими кубити. Системата е резултат от съвместните усилия на технологичния гигант Fujitsu и водещия изследователски институт RIKEN, които си сътрудничат в разработката на квантови компютри от 2012 година.
През март 2023-а партньорите представиха първия национален 64-кубитов квантов компютър в Япония, като тогава обещаха да увеличат броя на кубитите до 100 през 2025 година. Сега обаче те надминаха собствените си очаквания, представяйки система с впечатляващите 256 кубита – постижение, което я позиционира като най-големия квантов компютър в света към днешна дата.
Иновативна архитектура за рекордна производителност
Японските инженери постигнат тази рекордна производителност благодарение на нова архитектура на свръхпроводящите квантови процесори. Ключовите нововъведения включват:
Микрокластерна организация: Кубитите са организирани в клетки от по четири броя.
Триизмерна структура: Клетките са изградени не само в редица, но и под формата на многоетажна или триизмерна структура, като същевременно са взети предвид предизвикателствата, свързани с разсейването на топлината.
Тази повишена плътност на кубитите позволява интегрирането на 256-кубитов процесор в корпуса на предишната 64-кубитова система. Според експерти в областта, това отваря пътя за по-нататъшно мащабиране на квантовите свръхпроводящи процесори – задача, която се смята за една от най-трудните при създаването на практичен, универсален и устойчив на грешки квантов компютър.
Напредък към милион кубити
Повечето научни изследвания сочат, че създаването на практичен, отказоустойчив квантов компютър изисква платформа с поне един милион физически кубити. Японските изследователи вярват, че новата клъстерна и триизмерна архитектура демонстрира възможността за доближаване до тази желана цел в рамките на разумни пространствени ограничения за квантовите системи.
Предизвикателства пред свързаността и бъдещи перспективи
Едно от ключовите предизвикателства при мащабирането на квантовите компютри е свързано с високата плътност на сигналните и контролните кабели, необходими за работа с кубитите – четене, програмиране и коригиране на грешки. 256-кубитовият компютър на Fujitsu и RIKEN е постигнал същата висока плътност като квантовите системи на Google и IBM.
Типичен квантов компютър със свръхпроводящи кубити често прилича на сложен полилей, обсипан с множество входни и изходни кабели с високочестотни конектори. Това се дължи на факта, че работата със свръхпроводящи кубити изисква микровълнови (радиочестотни) сигнали за неразрушително четене. Добавете към това внимателното екраниране на всеки сигнален проводник и става ясно защо кабелните снопове затрудняват мащабирането.
Едно от потенциалните решения е преместването на управляващата електроника вътре в криогенната камера, близо до кубитите. За съжаление, полупроводниците все още не могат да издържат на такива екстремни ниски температури. Всичко това е въпрос на бъдещо развитие. Междувременно се създават хибридни платформи, където конвенционални суперкомпютри управляват кубитите. Отбелязва се, че Европа изостава от САЩ и Япония по отношение на инсталирането на интерфейси с висока плътност за свръхпроводящи квантови компютри.
Достъп и бъдещи обещания
256-кубитовият компютър на Fujitsu и RIKEN вече е достъпен за клиенти чрез облачна платформа по целия свят. Въпреки това, достъпът вероятно е ограничен до избран кръг от клиенти, чиито имена се пазят в тайна. Целта е да се тестват идеи и да се търсят проблеми, които квантовите компютри могат да решат на сегашното си ниво на развитие.
За новата година Fujitsu и RIKEN обещават да представят 1000-кубитова платформа, което ще бъде поредна стъпка към реализирането на мечтата за универсален отказоустойчив квантов компютър – система, която може да бъде милиарди пъти по-добра от класическите компютри в редица задачи
