IBM เชื่อมชิป 120 คิวบิตสองตัวด้วยสายควอนตัมตัวนำยวดยิ่ง 4 เส้น
นักวิจัยของ IBM รายงานการเชื่อมต่อแบบ 4 ช่องสัญญาณระหว่างโปรเซสเซอร์ 120 คิวบิตสองตัว โดยมีค่าความเที่ยงตรงเฉลี่ยในการถ่ายโอนสถานะ 99% ในงานพรีพริ้นต์บน arXiv
หน้านี้แปลจากภาษาอังกฤษ โดยชื่อบริษัท ชื่อผลิตภัณฑ์ และลิงก์แหล่งข้อมูลยังคงเดิม อ่านต้นฉบับภาษาอังกฤษ
นักวิจัยของ IBM ระบุว่า พวกเขาได้สาธิตการเชื่อมต่อควอนตัมระหว่างชิป (quantum interconnect) แบบ 4 ช่องสัญญาณระหว่างโปรเซสเซอร์ตัวนำยวดยิ่ง 120 คิวบิตสองตัว ซึ่งเป็นอีกก้าวสู่ระบบแบบโมดูลาร์ที่ประกอบจากหลายชิป แทนการสร้างจากไดชิ้นเดียวที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ในงานวิจัยที่โพสต์บน arXiv เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม ทีมวิจัยรายงานค่าความเที่ยงตรงเฉลี่ยในการถ่ายโอนสถานะควอนตัมที่ 99% ผ่านลิงก์ตัวนำยวดยิ่งระดับเมตร พร้อมทั้งเกตข้ามชิปที่มีค่าความเที่ยงตรงเฉลี่ย 94.75% งานชิ้นนี้ยังเป็นพรีพริ้นต์
สิ่งที่ประกาศ
ในพรีพริ้นต์นี้ IBM เชื่อมต่อโปรเซสเซอร์ Nighthawk R1 สองตัว ซึ่งแต่ละตัวมี 120 คิวบิต เข้าด้วยกันด้วยสายโคแอกเชียลอะลูมิเนียม 4 เส้น ความยาวประมาณ 80 เซนติเมตร ภายในระบบอุณหภูมิต่ำยิ่งยวด นักวิจัยใช้ลิงก์เหล่านี้ในการถ่ายโอนสถานะควอนตัม ดำเนินการระหว่างคิวบิตบนชิปคนละตัว และสร้างภาวะพัวพันที่ครอบคลุมโปรเซสเซอร์ทั้งสองตัว
บริษัทอธิบายว่าผลลัพธ์นี้เป็นการสาธิตครั้งแรกเท่าที่บริษัททราบ ของการเชื่อมต่อควอนตัมระหว่างชิปแบบหลายช่องสัญญาณระหว่างโปรเซสเซอร์ควอนตัมตัวนำยวดยิ่งขนาดใหญ่ การติดตั้งครั้งนี้ไม่ได้ใช้งานคิวบิตทั้ง 240 ตัว แต่ทีมวิจัยเลือกเดินสายและวัดผลเฉพาะคิวบิตบางตัวที่อยู่ใกล้จุดเชื่อมต่อ เพื่อเร่งการพัฒนา
รายละเอียดทางเทคนิค
ลิงก์แต่ละเส้นใช้คิวบิตเฉพาะที่ปลายทั้งสองด้านของสาย โดยมีองค์ประกอบคัปปลิงแบบปรับได้ควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างคิวบิตเหล่านั้นกับลิงก์ไมโครเวฟ ด้วยการทำเน็ตเวิร์กเบนช์มาร์กกิง นักวิจัยวัดค่าความเที่ยงตรงในการถ่ายโอนสถานะทั้งสองทิศทาง และรายงานว่าลิงก์ทั้ง 4 เส้นมีค่าเกิน 98.86% ทั้งหมด ลิงก์ที่ดีที่สุดทำได้ 99.29% โดยมีค่าความไม่แน่นอน 0.07 จุดเปอร์เซ็นต์
จากนั้นทีมวิจัยใช้การเชื่อมต่อดังกล่าวเพื่อทำเกต controlled-Z ระหว่างคิวบิตสำหรับการคำนวณบนโปรเซสเซอร์คนละตัว เกตระยะไกลเหล่านี้ต้องใช้การถ่ายโอนสถานะ 2 ครั้ง เกตสองคิวบิตภายในชิป 3 ครั้ง และการควบคุมคิวบิตเดี่ยวเพิ่มเติม ค่าความเที่ยงตรงเฉลี่ยของเกตระยะไกลเหล่านี้อยู่ที่ 94.75% ขณะที่ค่าที่ดีที่สุดอยู่ที่ 96.42% โดยมีค่าความไม่แน่นอน 0.28 จุดเปอร์เซ็นต์
IBM ยังรายงานสถานะพัวพันที่กระจายอยู่บนชิปทั้งสองตัวด้วย นักวิจัยสร้างคู่พัวพัน 2 คู่พร้อมกันผ่านลิงก์ที่อยู่ติดกัน แม้ว่าหนึ่งในคู่นั้นจะแสดงค่าความเที่ยงตรงที่ต่ำลงระหว่างการทำงานพร้อมกัน นอกจากนี้ยังสร้างสถานะพัวพันแบบ 4 คิวบิตและ 6 คิวบิตที่ครอบคลุมโปรเซสเซอร์ทั้งสองตัวได้ด้วย ค่าความเที่ยงตรงที่วัดได้อยู่ที่ 77.23% สำหรับสถานะ 4 คิวบิต และ 67.67% สำหรับสถานะ 6 คิวบิต; หลังการแก้ไขเชิงสถิติสำหรับความผิดพลาดในการวัด ค่าเหล่านี้เพิ่มขึ้นเป็น 91.70% และ 90.87%
การแพ็กเกจและความน่าเชื่อถือ
ส่วนที่น่าสนใจของงานนี้คือการบูรณาการด้านกลไกและระบบอุณหภูมิต่ำยิ่งยวด สายเคเบิลถูกติดตั้งในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวชิป ซึ่งนักวิจัยระบุว่าเหมาะกับการจัดวางจุดเชื่อมต่อที่หนาแน่นกว่าแบบเดิมที่วางขนาน การยึดต่อใช้พันธะกดแบบ indium-to-indium ที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง หลังจากติดตั้งโมดูลโปรเซสเซอร์เข้าไปในไครโอสแตตแล้ว
ตามรายงานการศึกษา ลิงก์ทั้ง 4 เส้นยังคงทำงานได้ตลอดการอุ่นขึ้นและทำให้เย็นลง 3 รอบ โดยไม่ต้องปรับการเชื่อมต่อ
บทความยังระบุว่าสนามแม่เหล็กระหว่างการทำให้เย็นลงเป็นสาเหตุหนึ่งของการสูญเสียในสายเคเบิล IBM ได้เพิ่มชั้นป้องกันสนามแม่เหล็กรอบสายเคเบิล 2 ชั้น แม้นักวิจัยจะอธิบายว่าตาข่ายชิลด์ป้องกันดังกล่าวเป็นมาตรการชั่วคราว
เหตุใดจึงสำคัญ
ผลลัพธ์นี้ตอบโจทย์สำคัญด้านการขยายขนาดของคอมพิวเตอร์ควอนตัมตัวนำยวดยิ่ง: จะสามารถเชื่อมโปรเซสเซอร์หลายตัวเข้าด้วยกันได้หรือไม่ โดยไม่สูญเสียข้อมูลควอนตัมมากเกินไปจนกระทบต่อการคำนวณที่ใช้งานได้จริง การสร้างระบบขนาดใหญ่จากโมดูลอาจช่วยผ่อนคลายข้อจำกัดทางกายภาพเกี่ยวกับขนาดชิป การเดินสาย และการแพ็กเกจ
ขณะเดียวกัน ข้อมูลก็แสดงให้เห็นช่องว่างที่ยังเหลืออยู่ระหว่างการถ่ายโอนสถานะขั้นพื้นฐานกับการปฏิบัติการแบบกระจายเต็มรูปแบบ แบบจำลองความผิดพลาดของ IBM ระบุว่าประมาณ 77% ของความผิดพลาดในการถ่ายโอนสถานะมาจากโคฮีเรนซ์ที่จำกัดของสายเคเบิลและคิวบิตเฉพาะทาง โดยเฉพาะการสูญเสียเฟส นักวิจัยระบุว่าพวกเขาจงใจข้ามบางขั้นตอนการผลิตและกระบวนการที่ทราบกันว่าสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของคิวบิตได้ เพื่อเร่งการทดลอง
สิ่งที่ต้องจับตา
บททดสอบถัดไปคือ IBM จะสามารถเปลี่ยนลิงก์ที่ใช้งานได้ 4 เส้นให้กลายเป็นการเชื่อมต่อจำนวนมากขึ้นที่ทำซ้ำได้และผลิตได้จริง พร้อมยกระดับค่าความเที่ยงตรงได้หรือไม่ บทความยังชี้ถึงความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนแปลงด้านสถาปัตยกรรม นั่นคือการรวมองค์ประกอบการเชื่อมต่อระหว่างชิปเข้าไปโดยตรงในโครงข่ายของโปรเซสเซอร์ เพื่อลดจำนวนขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับเกตระยะไกล
ในตอนนี้ งานนี้แสดงให้เห็นถึงระบบย่อยที่มีแนวโน้มดี มากกว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบโมดูลาร์ที่สมบูรณ์ ตามคำกล่าวของผู้เขียน ความท้าทายต่อจากนี้คือการใช้งานลิงก์ลักษณะนี้อย่างเชื่อถือได้และทำซ้ำได้ในการคำนวณที่มีการแก้ไขข้อผิดพลาด
แหล่งข้อมูล
ข้อเท็จจริงในหน้านี้มาจากแหล่งข้อมูลด้านล่าง ซึ่ง DesignQuantum ได้รวบรวมไว้