Содержание
Квантовый холодильник IBM вышел из красивой презентации в инженерный стенд. Компания соединила два криогенных модуля на площадке в Поукипси и охладила общую систему ниже 15 мК.
IBM называет этот шаг вехой на пути к IBM Quantum Starling. Это отказоустойчивая квантовая машина, которую компания планирует подготовить к 2029 году. Температура ниже 15 мК примерно в 180 раз холоднее глубокого космоса.
Сама цифра звучит эффектно, но новость не только в морозе. IBM не изобрела новый тип холодильника. Компания переработала корпус и компоновку, где раньше квантовые системы быстро упирались в кабели.
Коробки вместо цилиндров: что поменяла IBM
IBM сохранила разбавительное охлаждение, но отказалась от привычной формы криостата. Вместо высоких цилиндрических баков компания использует прямоугольные криогенные ячейки из алюминиевых панелей и рам, примерно втрое крупнее обычного кухонного холодильника.
Раньше IBM размещала сверхпроводящие квантовые процессоры в высоких цилиндрических криостатах. Один процессор — один «бак». По такой схеме работают системы IBM Quantum System One, которые компания уже поставила заказчикам.
Цилиндрическая форма удобна для классической криогеники, но плохо масштабируется рядом. Такие установки приходится разносить в пространстве. Прямоугольные модули можно ставить плотной линией.
В боковых стенках новых ячеек IBM сделала проемы для квантовых кабелей. Между двумя модулями идет термически защищенный тоннель. Кабели проходят внутри него и остаются в холодной среде, а не выходят через теплый разрыв.
Главное ограничение — не кубиты, а проводка
У сверхпроводящих квантовых компьютеров рост часто тормозит не сам чип, а обвязка вокруг него. Каждый кубит требует линий управления и считывания, эти линии уходят в холодную зону и несут тепло туда, где его быть не должно.
Новая криогенная ячейка IBM дает 0,53 м² доступной площади под проводку и 2,75 м³ объема вакуумной камеры на модуль. По оценке IBM, это до 12 раз больше места для кабелей, чем у ее самых массовых систем.
Для обычного ПК аналогия грубая, но понятная. Можно поставить процессор мощнее, но плата, питание и охлаждение быстро напомнят о себе. В квантовой машине роль «платы и кабель-менеджмента» играют криогенные линии, экраны и вводы в холодную камеру.
IBM показала, что две раньше независимые криоячейки могут работать как одна низкотемпературная среда. Это снижает цену ошибки при масштабировании. Сигналам не нужно проходить из холода в тепло и снова возвращаться вниз по температуре.
Nighthawk, Condor и цель на 2027 год
Следующий этап IBM связывает с установкой чипов Nighthawk. Компания планирует поставить их в такую криогенную среду до конца года, а затем двигаться к системе на 1000 программируемых кубитов к 2027 году.
Здесь есть тонкий момент. IBM уже показывала процессор Condor с более чем 1000 физическими кубитами в декабре 2023 года. Но физическое число кубитов на одном чипе и программируемые кубиты для расчетов — разные задачи.
Цель 2027 года касается кубитов, которые можно адресовать и использовать в вычислениях на связанных процессорах. Такая схема сложнее одиночного большого чипа. Нужно согласовать управление, чтение, охлаждение и межчиповые связи.
Отказоустойчивость IBM оставляет на следующий рубеж. В дорожной карте компании 1000 программируемых кубитов стоят на 2027 год, а целевой срок для отказоустойчивого IBM Quantum Starling — 2029 год.
