IBM анонсировала Nighthawk r3, свой следующий сверхпроводящий квантовый чип, предназначенный для выполнения 10 000 операций с высокой точностью на 520 программируемых кубитах. Группа планирует к 2027 году соединить два чипа r3 в систему на 1 040 кубитов.
Кубит, или квантовый бит, — это базовая единица квантового компьютера. Семейство Nighthawk основано на так называемой архитектуре квадратной решетки: большинство кубитов связано с четырьмя соседями, в отличие от двух или трех в предыдущих разработках. По словам IBM, такая связность позволяет выражать больше структур запутанности с меньшим количеством операций перестановки.
Чип, находящийся в настоящее время в производстве, Nighthawk r2, насчитывает 120 программируемых кубитов, 218 куплеров и 120 элементов сброса, что в сумме составляет 458 физических элементов. Он доступен через IBM Quantum Platform в облаке.
Более быстрый сброс
По словам IBM, основным ограничением предыдущих процессоров был сброс кубитов. Метод, используемый на Heron, так называемый условный, измеряет кубит, а затем переворачивает его, если он находится в возбужденном состоянии. Однако он не позволяет корректировать «протекающие» кубиты, из-за чего чип остается неактивным в течение нескольких сотен микросекунд между запусками.
Nighthawk r2 заменяет этот подход диссипативным устройством сброса, связанным с каждым кубитом. Настраиваемый куплер соединяет каждый кубит по требованию с холодной средой. Эффективное время релаксации, обозначаемое T1, таким образом сокращается примерно с 200 микросекунд до примерно 25 наносекунд, а время простоя между выполнениями может снижаться до 1 микросекунды. IBM заявляет о следующем результате: более 100 000 цепей в секунду против примерно 4 000 у Heron.
По данным IBM, клиенты уже выполнили 34 миллиарда цепей на Nighthawk r2. Заявленные партнерами выигрыши в производительности, которые IBM представляет как самостоятельно сообщенные, достигают 19-кратного увеличения скорости по сравнению с предыдущими процессорами. Поставщик энергии E.ON сообщает о 15-кратном ускорении в квантовом машинном обучении для оптимизации электросетей, а лаборатория Oak Ridge National Laboratory — о 12-кратном ускорении при моделировании магнитных материалов. Для Q-CTRL время выполнения симуляции фермионов на 60 кубитах сократилось с 4 минут 25 секунд до 23 секунд.
Соединение чипов
Путь к системе на 1 040 кубитов лежит через l-couplers, межчиповые соединения. IBM соединила два чипа Nighthawk r1 четырьмя такими связями, каждая из которых использует 80-сантиметровый кабель. Передача состояния достигает до 99,3% со средним значением 99%, при этом заявленная цель составляет 99,9%. IBM также сообщает, что соединила два криогенных модуля, достигнув температуры менее 15 милликельвинов менее чем за пять дней.
Nighthawk r3 сохраняет квадратную решетку и быстрые операции r2, имея 2 034 физических кубита и десять l-couplers. Однако он пока остается проектом, а не готовым оборудованием. Система на 1 040 кубитов представлена как проект на 2027 год.
