IBM представила «морозилки» для кубитов — стойки-холодильники для обычных вычислительных залов

На современных квантовых компьютерах на сверхпроводящих кубитах очень сложно развернуть вычислительный зал, ведь каждый из них — это маленькая комната или бункер с массой криогенных и вакуумных систем. Для этого у квантовых платформ пока нет универсальной стойки, чтобы вместе соединить их множество. Компания IBM преодолела это ограничение. На днях она представила универсальные криогенные модули, способные работать как один «суперхолодильник».

По словам разработчиков, они впервые соединили два модульных криогенных блока для организации единой сверххолодной среды, чем продемонстрировали архитектуру, на базе которой компания намерена строить будущие отказоустойчивые квантовые компьютеры, в частности, Starling. Два работающих в паре модуля вместе имеют высоту и ширину более 2,4 м. Во время испытаний объединённая система менее чем за пять суток охладилась до 4 К, а затем достигла температуры ниже 15 мК — всего на 0,015 градуса выше абсолютного нуля. Такие температуры необходимы сверхпроводящим кубитам: тепловые колебания способны разрушать их квантовые состояния и увеличивать число ошибок при вычислениях.

Вместо традиционного цилиндрического криостата IBM разработала прямоугольные криогенные «ячейки», которые можно устанавливать вплотную друг к другу. Каждая представляет собой самостоятельную вакуумную камеру с системой охлаждения и несколькими уровнями тепловых экранов. При соединении ячеек экраны образуют защищённый криогенный туннель, через который прокладываются линии связи между соседними квантовыми процессорами. Объём вакуумной камеры одной ячейки составляет около 2,75 м³. По данным IBM, новая конструкция предоставляет до 12 раз больше пространства для проводки, чем в наиболее распространённых нынешних квантовых системах компании, что позволит резко увеличить количество соединений между соседними процессорными блоками.

Ключевым элементом для масштабирования должны стать разработанные IBM соединители L-coupler — работающие при криогенных температурах микроволновые линии, позволяющие связывать квантовые процессоры на расстоянии порядка одного метра. Благодаря коротким межмодульным соединениям прямоугольная компоновка должна снизить потери и помехи по сравнению с передачей сигналов между разнесёнными цилиндрическими криостатами. При этом тепловая связь между соседними модулями сведена к минимуму, поэтому добавление новых ячеек, как показали первые испытания, не должно существенно увеличивать время охлаждения и ухудшать температурную стабильность системы. Позднее в 2026 году IBM намерена установить в новые криогенные модули процессоры Nighthawk и перейти к испытаниям системы с реальными квантовыми процессорами.

Разработка является частью долгосрочного плана IBM по переходу от отдельных квантовых чипов к модульным отказоустойчивым системам. К 2027 году компания рассчитывает с помощью линейных связок L-coupler объединить несколько процессоров в компьютер как минимум с 1000 программируемых кубитов, а в перспективе один криогенный модуль должен вмещать уже тысячи кубитов. Конечной целью нынешнего этапа остаётся система IBM Starling, запуск которой запланирован на 2029 год: компания рассчитывает получить систему примерно с 200 логическими кубитами, защищёнными квантовой коррекцией ошибок, и возможностью выполнить порядка 100 млн квантовых операций. Новые криомодули решают одну из фундаментальных инженерных проблем такой машины — как разместить, охладить и связать большое количество сверхохлаждённых квантовых процессоров в условиях обычных вычислительных залов.