IBM з’єднала два 120-кубітні чипи чотирма надпровідними квантовими кабелями
Дослідники IBM повідомляють про чотириканальне з’єднання між двома 120-кубітними процесорами із середньою точністю передавання стану 99% у препринті на arXiv.
Цю сторінку перекладено з англійської. Назви компаній і продуктів, а також посилання на джерела залишено без змін. Читати оригінал англійською
Дослідники IBM заявили, що продемонстрували чотириканальний квантовий інтерконект між двома 120-кубітними надпровідними процесорами — це крок до модульних систем, побудованих із кількох чипів, а не одного більшого кристала. У дослідженні, опублікованому на arXiv 27 жовтня, команда повідомила про середню точність передавання квантового стану 99% через надпровідні з’єднання метрового масштабу, а також про міжчипові вентилі із середньою точністю 94.75%. Ця робота є препринтом.
Що оголосили
У препринті IBM з’єднала два процесори Nighthawk R1, кожен із 120 кубітами, за допомогою чотирьох алюмінієвих коаксіальних кабелів завдовжки приблизно 80 сантиметрів усередині кріогенної системи. Дослідники використали ці з’єднання для передавання квантових станів, виконання операцій між кубітами на окремих чипах і створення заплутаності, що охоплює обидва процесори.
Компанія описує результат як першу, наскільки їй відомо, демонстрацію багатоканального квантового інтерконекту між великими надпровідними квантовими процесорами. У конфігурації не були задіяні всі 240 кубітів. Натомість команда під’єднала та вимірювала вибрані кубіти поблизу інтерконектів, щоб пришвидшити розробку.
Технічні деталі
У кожному з’єднанні використовувалися виділені кубіти на кінцях кабелю, а елементи з регульованим зв’язком керували взаємодіями між цими кубітами та мікрохвильовим каналом. За допомогою мережевого бенчмаркінгу дослідники виміряли точність передавання стану в обох напрямках і повідомили, що всі чотири з’єднання перевищили 98.86%. Найкраще з’єднання досягло 99.29% з невизначеністю 0.07 відсоткового пункта.
Потім команда використала ці з’єднання, щоб реалізувати вентилі controlled-Z між обчислювальними кубітами на різних процесорах. Для цих віддалених вентилів знадобилися два передавання стану, три локальні двокубітні вентилі та додаткове однокубітне керування. Середня точність для цих віддалених вентилів становила 94.75%, тоді як найкращий результат сягнув 96.42% з невизначеністю 0.28 відсоткового пункта.
IBM також повідомила про заплутані стани, розподілені між двома чипами. Дослідники одночасно згенерували дві заплутані пари через сусідні з’єднання, хоча одна пара показала нижчу точність під час одночасної роботи. Крім того, вони створили чотирикубітні та шестикубітні заплутані стани, що охоплювали обидва процесори. Виміряна точність становила 77.23% для чотирикубітного стану та 67.67% для шестикубітного; після статистичної корекції на похибки вимірювання ці значення зросли до 91.70% і 90.87%.
Пакування та надійність
Помітною частиною роботи стала механічна та кріогенна інтеграція. Кабелі кріпилися перпендикулярно до поверхні чипа — за словами дослідників, така геометрія краще підходить для щільніших схем інтерконектів, ніж попередні паралельні конфігурації. Кріплення виконували за допомогою індій-індієвих пресових з’єднань, сформованих за кімнатної температури після встановлення модулів процесора в кріостат.
Згідно з дослідженням, усі чотири з’єднання залишалися працездатними протягом трьох циклів нагрівання й охолодження без коригування підключень.
У статті також зазначено, що джерелом втрат у кабелі є магнітні поля під час охолодження. IBM додала два шари магнітного екранування навколо кабелів, хоча дослідники описують екранувальне обплетення як тимчасовий захід.
Чому це важливо
Цей результат стосується центрального питання масштабування в надпровідних квантових обчисленнях: чи можна з’єднати кілька процесорів, не втрачаючи надто багато квантової інформації, потрібної для корисних обчислень. Побудова більших систем із модулів могла б послабити фізичні обмеження, пов’язані з розміром чипа, розводкою та пакуванням.
Водночас дані показують розрив, який ще залишається між базовим передаванням стану та повноцінними розподіленими операціями. Модель похибок IBM віднесла близько 77% похибки передавання стану на рахунок обмеженої когерентності в кабелі та виділених кубітах, особливо через дефазування. Дослідники кажуть, що навмисно пропустили деякі етапи виготовлення та обробки, які, як відомо, покращують характеристики кубітів, щоб прискорити експеримент.
На що звернути увагу
Наступним випробуванням стане те, чи зможе IBM перетворити чотири робочі з’єднання на більшу кількість відтворюваних, придатних до виробництва каналів, одночасно підвищуючи точність. У статті також вказано на можливу зміну архітектури: інтеграцію елементів інтерконекту безпосередньо в решітку процесора, щоб зменшити кількість кроків, потрібних для віддалених вентилів.
Наразі ця робота демонструє радше багатообіцяльну підсистему, а не завершений модульний квантовий комп’ютер. Як зазначають автори, головний виклик попереду — надійне, багаторазове використання таких з’єднань в обчисленнях із виправленням помилок.
Джерела
Факти на цій сторінці наведено за джерелами нижче, зібраними DesignQuantum.