Очень крупный план золотого компонента компьютера.
Увеличить / Посмотрите на одну из ионных ловушек.

В четверг стартап IonQ объявил, что следующее поколение его квантового компьютера с ионной ловушкой готово к использованию. Новая машина знаменует собой большой скачок для компании, увеличившись с 11 кубитов до 32. Хотя это по-прежнему отстает от предложений компаний, использующих сверхпроводящие кубиты, высокая точность захваченных ионов делает их гораздо менее подверженными ошибкам и намного проще. для соединения в сложные конфигурации. Итак, по крайней мере по одному показателю производительности это самый мощный из когда-либо созданных квантовых компьютеров.

Возможно, что более важно, генеральный директор IonQ сказал Ars, что он ожидает удвоить количество кубитов каждые восемь месяцев в течение следующих нескольких лет, а это означает, что его оборудование должно постоянно превосходить классические компьютеры в течение двух лет.

Улавливание ионов

IonQ — не единственная компания, которая работает с захваченными ионами; Ранее в этом году Honeywell представила квантовый компьютер, основанный на этой технологии. Вы можете прочитать предыдущие статьи для получения более подробной информации, но здесь мы кратко изложим аргументы, лежащие в основе этой технологии.

Сверхпроводящие кубиты, используемые такими компаниями, как Google, IBM и Rigetti, производятся с использованием стандартных производственных технологий, поэтому ожидается, что они получат выгоду от дальнейшего прогресса, достигнутого в полупроводниковой промышленности. Но как производимые устройства они не идеальны и не идентичны. В результате их разработчикам пришлось найти способы обойти относительно высокий уровень ошибок и некоторую изменчивость от кубита к кубиту. Хотя эти проблемы были устранены, они вряд ли когда-нибудь исчезнут. (Существуют и другие потенциальные проблемы, такие как интерференция между устройствами и сложности с проводкой, но мы пока отложим их.)

Читайте также:
Huawei и Rain выпускают первую в Африке независимую коммерческую сеть 5G

Напротив, основной единицей кубита с захваченным ионом является атом, а все атомы данного изотопа функционально эквивалентны и, что совершенно очевидно, не имеют производственных дефектов. И благодаря их использованию в таких устройствах, как атомные часы, мы стали мастером в производстве устройств, необходимых для удержания ионов в ловушках. Это означает, что большой камнем преткновения является наша способность последовательно манипулировать отдельными атомами и в конечном итоге считывать их состояние.

Компании, работающие с захваченными ионами, делают ставку на то, что преимущества последовательного, безупречного устройства будут значительными, а проблемы, связанные с выяснением того, как управлять отдельными атомами с высокой точностью, могут быть преодолены, что дает технологии преимущество перед ее сверхпроводящими конкурентами.

Еще одно ключевое отличие технологии заключается в том, что соединения между сверхпроводящими кубитами фиксируются на основе проводки, которая находится на месте на кристалле. Напротив, любые два захваченных иона можно заставить взаимодействовать друг с другом. Поскольку для разных квантовых алгоритмов требуются разные схемы соединений между кубитами, это может позволить аппаратному обеспечению с захваченными ионами более эффективно решать проблемы.

Тем не менее, существуют различия в том, как компании подходят к оборудованию с захваченными ионами. Honeywell управляет взаимодействием своих кубитов, физически перемещая их между ловушками и создавая запутанность, когда два иона разделяют одну ловушку. IonQ, напротив, сохраняет свои ионы разделенными и может произвольно связывать любые два, посылая им обоим набор соответствующим образом созданных фотонов.

Читайте также:
OnePlus 7 и 7T не получат OxygenOS 11 на базе Android 11 в 2020 году

Что нового

Аппаратное обеспечение предыдущего поколения IonQ имело 11 пригодных для использования кубитов. Это существенно меньше, чем текущие предложения от таких компаний, как IBM, у которых их более 50. Производительность отдельных кубитов — их устойчивость к ошибкам во время операций и считывания — была лучше, чем типичная производительность сверхпроводящего кубита, но не сильно.

С новой машиной все изменилось. Для начала, используя большую ловушку, IonQ почти утроил количество доступных кубитов, достигнув 32. И, что не менее важно, точность кубитов резко выросла. «Мы просмотрели и определили все источники ошибок, что является своего рода исследованиями и разработками», — сказал Ars Питер Чапман, генеральный директор IonQ. «А затем вы складываете их в ряд и говорите:« Это следующее, что мне нужно сделать ». В предыдущей системе мы обнаружили источник шума, который внес наибольший вклад в проблему верности. И в этой системе нам удалось его устранить ».

Хотя количество кубитов является наиболее очевидной мерой мощности квантового компьютера, это лишь частичное представление о потенциале данного бита оборудования. Большое количество связей между кубитами позволяет решать более сложные задачи. А умение управлять машиной с минимизацией ошибок также важно для выполнения любой полезной работы. Поэтому IBM разработала показатель, называемый квантовым объемом, который объединяет все эти аспекты. Для машины с полной связью между безошибочными кубитами квантовый объем будет напрямую связан с количеством ее кубитов. Несоблюдение любой из этих мер уменьшило бы его.

Читайте также:
Проверьте этот концептуальный дизайн корпуса Huawei Mate 40 с новой настройкой камеры

На данный момент чип доступен для пользователей бета-версии. «Оборудование подключается к сети, но вы не получаете оптимальной точности воспроизведения в первый же день», — сказал Чепмен Ars. «Требуется некоторое время, чтобы настроить его — мы делаем это в период бета-тестирования, а затем они становятся доступными». Когда он станет общедоступным, к нему можно будет получить доступ через облачные вычислительные службы Microsoft и Amazon.

Что дальше?

IonQ может быть стартапом, но его история уходит корнями в еще до основания компании. Некоторые из ключевых основателей (Чонсанг Ким и Кристофер Монро) годами занимались исследованиями ионных ловушек в Дьюке и Университете Мэриленда, прежде чем основать компанию. С момента своего основания, которое включало лицензирование значительной части интеллектуальной собственности этих университетов, компания продолжала накапливать публикации в рецензируемой литературе.

Так что это не следует рассматривать как разовый аванс от неизвестной компании. Как отмечалось выше, у IonQ уже есть работающее оборудование, и он почти утроил количество кубитов за одно поколение. Чепмен сказал, что прогресс будет продолжаться. Он сказал, что компания уверена, что сможет выпускать новое поколение каждые шесть-восемь месяцев, причем каждый выпуск будет включать количество кубитов, как минимум вдвое превышающее предыдущее.

Чепмен сказал, что аппаратному обеспечению IonQ нужно только одно поколение, чтобы достичь точки, где оно может быть полезно для некоторых интересных вычислений, которые могут показать явное преимущество перед классическими компьютерами. Но он также сказал, что важно понимать, что есть большая разница между такого рода интересными вычислениями и тем, что практически полезно.

Читайте также:
Список обновлений бета-версии EMUI 11 и Magic UI 4

«С современными суперкомпьютерами для взлома одного кода RSA потребуется 300 триллионов лет», — сказал Чепмен. «Таким образом, с 80–250 кубитами потребуется 300 триллионов лет, чтобы взломать код RSA».

Хотя относительно легко добавить больше ионов в ловушку и таким образом расширить кубиты, Чепмен сказал, что существуют практические ограничения на длину цепочки ионов. Итак, компания начала изучать проведенное исследование, в котором фотоны использовали для запутывания ионов в отдельные ловушки. «Вы можете удерживать в одной цепочке только определенное количество ионов, прежде чем они станут гибкими», — сказал он Ars. «Итак, тогда возникает вопрос, размещаете ли вы несколько цепочек на одном чипе? Это один из способов добиться этого. Но в какой-то момент вам нужно перейти на несколько чипов».

Конкуренция

IonQ также работает над тем, чтобы уменьшить размер своих ловушек, создав прототипы размером примерно с четверть. Это должно помочь в том, чтобы несколько ловушек работали как единое целое. Итак, есть много причин полагать, что компания может масштабировать кубиты в течение некоторого времени, если ни один из этих шагов не приведет к серьезным проблемам с точностью воспроизведения. И верность может по-прежнему оставаться основным аргументом в пользу продаж, поскольку IBM недавно опубликовал дорожную карту это, если так и будет, могло бы держать компанию на шаг впереди IonQ по количеству сырых кубитов.

Для дальнейшего повышения точности компания также изучает то, что, по мнению большинства людей, будет необходимо для полезных квантовых вычислений: кубиты с исправлением ошибок. IonQ выпускает черновик из группы Кристофера Монро, которая показывает, что оборудование компании можно настроить так, чтобы 13 кубитов могли работать как один логический кубит, что позволяет обнаруживать и исправлять ошибки.

Читайте также:
Samsung выпускает три видео, чтобы помочь вам получить максимальную отдачу от Galaxy Z Flip

Обычно, завершая освещение такого рода объявлений, мы пытаемся критически проанализировать, как эта технология вписывается в конкурентную среду. Но все, что мы действительно можем сказать, это то, что это еще один показатель того, насколько захватывающей стала эта область. Существует множество конкурирующих технологий, а также есть основания полагать, что каждая из них имеет некоторые существенные преимущества, и ожидается, что все они будут масштабироваться до тех пор, пока в ближайшие несколько лет будут очевидны преимущества квантовых вычислений.