Новая архитектура 3D-подключения и метод изготовления чипов позволяют разместить квантовые процессоры, содержащие 10 000 кубитов, на меньшей площади, чем современные чипы на 100 кубитов.
Изображение квантового процессора VIO-40K. (Изображение предоставлено QuantWare)
По словам учёных, они разработали революционное решение для трёхмерной разводки, которое позволяет в 100 раз увеличить количество квантовых битов (кубитов), которые может поддерживать чип квантовых вычислений.
Типичные процессоры для квантовых вычислений (QPU) имеют двумерную горизонтальную разводку, как и центральные процессоры (ЦП) в наших классических устройствах. Но такая традиционная разводка ограничивает количество кубитов, которые учёные могут разместить на одном процессоре. Например, доступные в настоящее время чипы от Google и IBM содержат примерно 105 кубитов и 120 кубитов соответственно.
По словам представителей компании QuantWare, разработавшей эту технологию, новая архитектура под названием VIO-40K преодолевает это ограничение за счёт использования трёхмерной вертикальной разводки. Архитектура VIO-40K поддерживает 40 000 линий ввода-вывода (I/O) и состоит из полностью интегрированных модулей, соединённых между собой «сверхточными межчиповыми соединениями», как говорится в заявлении представителей QuantWare.
Таким образом, получается один QPU, способный поддерживать 10 000 одновременных кубитов — что в 100 раз больше, чем у современных сверхпроводящих квантовых компьютеров, — на чипе меньшего размера. По данным QuantWare, такое количество кубитов впервые было достигнуто на одном квантовом процессоре.
«В течение многих лет люди слышали о том, что квантовые вычисления способны преобразовать такие области, как химия, материаловедение и энергетика, но индустрия застряла на 100-кубитных квантовых процессорах, что вынуждало учёных теоретизировать об интересных, но далёких от реализации технологиях», — Мэтт Рийлаарсдам, генеральный директор QuantWare, сказал в своём заявлении. «VIO от QuantWare наконец-то устраняет этот барьер масштабирования, прокладывая путь к экономически значимым квантовым компьютерам». С помощью VIO-40K мы предоставляем всей экосистеме доступ к самой мощной гипермасштабируемой архитектуре квантовых процессоров.
Вертикальная интеграция в сочетании с квантовой демократизацией
Представители QuantWare говорят, что планируют начать поставки первых устройств VIO-40K в 2028 году. Для достижения этой цели компания построит завод по производству квантовых процессоров в промышленном масштабе в Делфте, Нидерланды, открытие которого запланировано на 2026 год. Это будет «один из крупнейших в мире заводов по производству квантовых устройств» и первое специализированное предприятие по производству устройств с квантовой открытой архитектурой (QOA).
Для сравнения: согласно текущей дорожной карте развития квантовых вычислений IBM, квантовые процессоры с 2000 кубитами появятся не раньше 2033 года, а сроки появления чипов, способных поддерживать 10 000 кубитов, не определены.
Для большинства компаний, работающих над сверхпроводящими квантовыми компьютерами, узким местом является способ создания квантовых процессоров. Поскольку производители могут разместить лишь ограниченное количество проводов на одной пластине, физикам приходится объединять несколько процессоров в цепочку. В то время как соединения между кубитами на каждом чипе отличаются высокой точностью, соединения между самими чипами часто бывают неточными, что приводит к проблемам с передачей данных.
В серии VIO от QuantWare используется вертикальная разводка, которая, как утверждается, позволяет разместить до 10 000 кубитов на чипе, который меньше современных 100-кубитных чипов. Это достигается за счёт использования технологии «чиплет», которая предполагает соединение отдельных модулей в полноценные чипы.
В отличие от современных квантовых процессоров, которые полагаются на низкоточные межчиповые соединения, чиплеты изготавливаются отдельно, а затем соединяются, образуя систему на кристалле, способную функционировать как единое квантовое вычислительное устройство.
Квантовый мозг в коробке
Сроки, установленные QuantWare, относительно амбициозны по сравнению с другими компаниями, но, по словам представителей, одним из факторов, играющих на руку компании, является внедрение квантовых вычислений.
В отличие от Google и IBM, QuantWare не разрабатывает комплексное решение для квантовых вычислений. Её квантовые процессоры предназначены для работы с компонентами других компаний, такими как контроллеры Qblox и программное обеспечение Nvidia.
Это означает, что VIO-40K будет работать по принципу «подключи и работай» с Nvidia NVQLINK — архитектурой, разработанной для подключения квантовых процессоров к графическим процессорам в гибридной классико-квантовой системе, что позволит им взаимодействовать с существующими суперкомпьютерами. Это также позволит им подключаться к Nvidia CUDA — платформе для параллельных вычислений и модели программирования, — чтобы разработчики могли легко интегрировать целые квантовые рабочие нагрузки в гибридные системы.
В конечном счёте это даёт QuantWare возможность выступать в качестве поставщика аппаратного обеспечения для систем квантовых вычислений, подобного Intel, и при этом сотрудничать с другими организациями, занимающимися квантовыми вычислениями.