Инженеры IBM впервые продемонстрировали передачу квантовой информации между двумя процессорами с точностью около 99 % с помощью четырёх сверхпроводящих соединений длиной 80 см. Эксперимент представляет собой шаг к модульным квантовым компьютерам, в которых несколько отдельных чипов работают как единая система, что, по сути, приближает создание квантовых суперкомпьютеров.
Источник изображений: IBM
В эксперименте использовали два сверхпроводящих процессора IBM Quantum Nighthawk (англ. американский козодой), содержащих по 120 кубитов, анонсированные около года назад. Их соединили четырьмя алюминиевыми коаксиальными кабелями, работающими на микроволновых частотах около 5 ГГц. Каждый кабель образовал канал связи между специальными настраиваемыми кубитами на концах соединения. Кабели установили перпендикулярно поверхности чипов, а контакты закрепили индий-индиевыми соединениями под давлением при комнатной температуре. Монтаж выполнялся уже после установки процессорных модулей в криогенную систему. При этом для эксперимента подключили и измеряли только часть кубитов каждого процессора.
Помимо переноса квантовых состояний между процессорами, исследователи продемонстрировали совместное выполнение процессорами двухкубитных операций и создание запутанных состояний, в том числе одновременно по двум соседним каналам. Средняя точность межчиповых операций CZ (управляемый Z — это двухкубитная квантовая операция, которая связывает кубиты, расположенные на разных процессорных кристаллах) составила 94,75 %, а лучший результат — 96,42 %. Эти показатели ниже точности передачи состояний, поскольку операция включает несколько дополнительных квантовых преобразований. Все четыре соединения сохранили работоспособность после трёх циклов нагрева и охлаждения без нарушения контактов.
Эксперимент показал, что представленные одновременно с процессорами Nighthawk соединители L-coupler способны связывать независимые квантовые процессоры и передавать квантовую информацию между ними. Это наглядное доказательство возможности масштабировать квантовые вычислители и, тем самым, повышать производительность и отказоустойчивость квантовых компьютеров, реализуя более сложные алгоритмы и коды коррекции ошибок.
В компании уже разработали стандартные криогенные стойки для таких систем и в будущем планируют создать с их помощью первый имеющий практическую ценность модульный квантовый суперкомпьютер «Скворец» (Starling). Проведённый эксперимент по сопряжению двух квантовых процессоров показал, что это осуществимо: квантовые данные могут передаваться между соседними стойками и далее. Компания IBM теперь имеет чёткое представление о том, как добиться поставленной цели к 2029 году, как и планировалось.