Honeywell разместит квантовые компьютеры с захваченными ионами в квантовом облаке Microsoft
На протяжении многих лет ученые разрабатывали различные системы, на которых можно было бы выполнять квантовые алгоритмы.
Большинство из них имеют одно или два преимущества — простоту использования или способность сохранять состояние дольше, чем другие, — но лишены других положительных качеств, что не позволяет им стать практическими решениями для вычислений.
Однако в последние годы некоторые компании придумали, как манипулировать значительным количеством твердотельных кубитов — т. н.
Поскольку технология изготовления трансмонов аналогична производству обычных чипов, многие игроки на зарождающемся рынке, включая Google, IBM и Rigetti, остановились на трансмонах.
Однако трансмоны тоже не идеальны.
Они требуют чрезвычайно низких температур, небольших изменений от устройства к устройству и выдерживают хорошо, но не идеально.
Многие эксперты в этой области полагают, что у других технологий еще есть шанс превзойти трансмоны.
И теперь на это делает ставку и компания, впервые появившаяся на рынке квантовых вычислений.
Honeywell, компания, наиболее известная как поставщик Министерства обороны, объявила, что создаст квантовый компьютер на основе альтернативной технологии ионных ловушек и в этом году предоставит свои компьютеры через облачный сервис Microsoft Azure. Компания также утверждает, что, по некоторым оценкам, это самый мощный квантовый компьютер, созданный на сегодняшний день, однако к этому заявлению следует относиться очень осторожно.
В ловушке
Трансмон-кубиты работают за счет циркуляции тока в петле из сверхпроводящего провода, подключенного к резонатору, который позволяет отслеживать и считывать состояние тока.Однако, поскольку сверхпроводящий провод и резонатор должны быть изготовлены на производстве, это может привести к небольшим различиям между отдельными кубитами.
Более того, все это железо должно храниться при чрезвычайно низкой температуре, чуть выше абсолютного нуля, чтобы удерживать эти относительно большие объекты в их основном квантовом состоянии.
Захваченные ионы позволяют обойти некоторые из этих проблем.
Сам кубит состоит из небольшого числа атомов — в случае Honeywell из двух.
Тони Аттли, президент Honeywell по квантовым решениям, подчеркивает, что этот факт устраняет производственные проблемы, поскольку каждое устройство обладает одинаковыми свойствами, определяемыми используемым атомом (в данном случае иттербия).
«Каждый кубит начинается с идеала», — сказал нам Аттли.
«Любая ошибка возникает из-за окружающей инфраструктуры».
Благодаря опыту Honeywell в производстве и интеграции этой инфраструктуры, инженеры компании считают, что они находятся в идеальном положении для минимизации этого шума.
Кроме того, такие небольшие скопления атомов можно охлаждать с помощью лазеров.
Хотя температура окружающей среды должна поддерживаться на очень низком уровне, она не обязательно должна достигать экстремальных температур, необходимых для трансмона.
В случае с Honeywell атомы иттербия не так-то просто охладить с помощью лазеров, поэтому компания добавила в систему пару атомов бария и охладила их лазером.
Кластер из четырех ионов легко охлаждать и контролировать, а температуру окружающей среды необходимо поддерживать на уровне 12 К.
Хотя для этого требуется жидкий гелий, для этого не требуется сложное оборудование для сжижения, необходимое для охлаждения железа от Google и IBM. .
Поскольку ионы заряжены, их можно перемещать внутри устройства, просто изменяя локальные электрические поля с помощью 200 электродов, встроенных в устройство.
Состоянием электронов в ионах можно управлять с помощью лазеров с определенной длиной волны, которые могут помещать электроны в суперпозицию с состояниями потенциальной энергии.
Запутывание и различные логические операции можно выполнить, просто переместив два иона ближе друг к другу и используя лазеры для одновременного воздействия на них обоих.
Чтение осуществляется путем стимуляции ионов другим лазером, в результате чего ионы испускают фотоны, по которым можно судить об их состоянии.
Устройство от Honeywell
Вы можете думать об устройстве Honeywell как о линейке отдельных устройств.Ионы входят с одного конца, а затем проходят через последовательные секции, где их можно задерживать для хранения или облучать лазерами, которые манипулируют кубитами.
Логические операции (квантовый эквивалент операций И и НЕ) можно выполнить, просто поместив два иона рядом друг с другом и одновременно выполнив над ними операцию.
Кроме того, кластеры из четырех ионов (два иттербия, два бария) можно разделить на две части или объединить два кластера из двух ионов.
Устройство, о котором сегодня говорит Honeywell, выравнивает четыре кубита в соответствии с этими этапами хранения и манипулирования.
Однако на диаграмме устройства также показаны две дополнительные линии шагов хранения и манипуляций по обе стороны от линии, использованной в исходных экспериментах.
Это соответствует тому, что сказал Аттли: Honeywell считает, что устройство может быстро масштабироваться и что дополнительные кубиты можно добавлять ежегодно без изменения архитектуры на фундаментальном уровне.
Таким образом, хотя четыре кубита — это немного по сравнению с тем, чего можно достичь с помощью трансмонных устройств, компания считает, что сможет довольно быстро сократить этот разрыв.
Для управления состоянием кубитов требуется МНОГО лазеров
Одним из интересных аспектов такой конструкции, которого, по словам Аттли, нет в других существующих коммерческих системах, является способность измерять кубиты индивидуально, не нарушая никаких других частей системы.
(Технически это делается с помощью операции с фантастическим названием CNOT -квантовый телепортационный клапан).
Это позволяет компьютеру выполнять эквивалент ветвления IF, изменяя алгоритм на основе результатов измерения отдельного кубита.
После измерения кубит также можно вернуть в исходное состояние и повторно использовать для дальнейших вычислений.
Отдельные компоненты системы ведут себя идеально.
Одной из потенциальных проблем являются «ошибки подготовки и измерения состояний», которые сокращены до аббревиатуры SPAM (ошибки подготовки и измерения состояний).
В этом случае исследователи Honeywell обнаружили, что в спаме преобладают ошибки измерения, но они происходят менее чем в 1% случаев.
Для однокубитных вентилей ошибки возникают на порядок реже, а для двухкубитных — на аналогичном уровне.
И все это существенно ниже типичных трансмонных показателей.
Об этом показателе эффективности
Honeywell называет его «самым мощным квантовым компьютером в мире», но правдивость этого утверждения во многом зависит от используемых схем измерения скорости.Honeywell использует меру, определенную IBM, которую она называет «квантовым объемом».
Давайте процитируем часть анализа квантового объема, проведенного Крисом Ли, поскольку он хорошо описывает его связь с компьютером Honeywell: Поскольку квантовые вентили всегда могут выйти из строя, существует максимальное количество операций, которые можно выполнить, прежде чем состояние кубита станет необоснованным.
Это число, умноженное на количество кубитов, дает нам глубину схемы.
При правильном использовании оно довольно точно описывает, на что способен квантовый компьютер.
Проблема с глубиной заключается в том, что общее количество кубитов можно сохранить постоянным (и небольшим), одновременно снижая частоту ошибок до очень малых значений.
В результате вы получаете огромную глубину, но при этом можете выполнять вычисления только в том количестве кубитов, которое у вас есть.
Двухкубитный квантовый компьютер огромной глубины всё равно будет бесполезен.
Оказывается, цель оценки — выразить вычислительные возможности с помощью метрики, включающей количество кубитов и глубину схемы.
Для конкретного размера алгоритма и задачи это будет минимальное количество кубитов, необходимое для проведения вычислений.
И в зависимости от связи кубитов между собой для реализации алгоритма потребуется выполнить определенное количество операций.
Исследователи выражают это число, сравнивая максимальное количество кубитов, участвующих в расчете, с глубиной схемы и возводя в квадрат минимальное из двух.
Таким образом, максимально возможный квантовый объём — это просто число кубитов в квадрате.
Как отмечалось выше, компания Honeywell сообщает о чрезвычайно низком уровне ошибок, а это означает, что каждое вычисление, выполняемое на четырех кубитах ее компьютера, скорее всего, будет безошибочным.
А поскольку ионы можно произвольно перемещать внутри устройства, они могут случайным образом соединяться друг с другом.
Оказывается, квантовый объём равен числу кубитов в квадрате.
Это контрастирует с оборудованием, используемым в Google и IBM, где кубитов в 10 раз больше, но значительно больше ошибок, а кубиты могут быть связаны только с небольшим количеством соседей.
В конечном счете, чтобы машина Honeywell догнала машины своих конкурентов по квантовой емкости, ей не придется добавлять слишком много дополнительных кубитов.
Структура машины, которую она описывает сегодня, безусловно, позволяет добавлять в нее кубиты.
В результате компания заявляет о квантовом объёме 64, что означает восемь кубитов, и есть все основания в это верить.
Однако, если IBM уже представила компьютер, содержащий почти 64 реальных кубита, а Google вскоре последует этому примеру, смогут ли всего восемь кубитов изменить ситуацию? Ответ, как обычно, неоднозначный.
Некоторые алгоритмы будут сильно зависеть от связности кубитов.
Хотя их можно запускать на более крупных машинах с меньшим количеством подключений, для этого потребуется больше кубитов, которые будут служить связями для создания эквивалентной связности, и каждое из них потенциально может внести ошибку в расчеты.
Широкие возможности подключения машины Honeywell могут компенсировать необходимость дополнительных операций, и в любом случае операции не являются основным источником ошибок.
Ионная ловушка крупным планом; видны различные области для хранения и манипулирования кубитами
Также существует проблема масштабирования.
Аттли заявил, что компания сможет увеличивать квантовый объем на порядок ежегодно в течение следующих пяти лет, что потребует добавления 3-4 кубитов в год. Это означает, что даже через пять лет компьютер будет иметь около 30 кубитов — вдвое меньше, чем у сегодняшних конкурентов.
Тем временем Google и IBM работают над уменьшением количества ошибок, добавляя в свои машины пару десятков кубитов каждые несколько лет. Если планы всех компаний осуществятся, то через несколько лет ситуация станет очень интересной.
Honeywell будет иметь значительное преимущество в квантовом объеме, а ее конкуренты с трансмонным оборудованием будут иметь на порядки больше кубитов.
Между тем, команды, использующие трансмоны, стремятся создать квантовые компьютеры с коррекцией ошибок, для чего потребуются тысячи кубитов — это означает, что исследователи ожидают, что в какой-то момент они смогут добавлять сотни кубитов с каждым новым поколением чипов.
Поскольку неясно, когда, по мнению компаний, должен начаться рост кубитов, неясно, как появление Honeywell может изменить конкурентную среду.
Что у нас будет на данный момент?
Компания Honeywell, имеющая подразделения во всем, от спортивных товаров до военных контрактов, безусловно, является необычным конкурентом на рынке, где доминируют как стартапы, так и традиционные компьютерные компании.Однако о своем выходе на рынок компания рассказала последовательную историю: в рамках своей производственной деятельности Honeywell разработала множество компонентов компьютера с ионной ловушкой, таких как фотоника, криогеника, вакуумные системы, для других применений.
А группа ученых компании заявила, что потенциал этого направления достаточно велик, что стоит попробовать его развивать.
А поскольку Honeywell — крупная компания, ей удалось набрать довольно сильную группу людей, увлеченных разработкой этого проекта.
Как и другие компании в этой отрасли, Honeywell определила, что большинство компаний не хотят создавать собственную инфраструктуру для поддержки своих систем охлаждения жидким гелием.
Поэтому Honeywell собирается предоставить доступ к своим квантовым компьютерам через облако.
Она также договорилась с Microsoft о том, что доступ к системе можно будет получить через ее службу Azure. Для написания программ, используемых в текущей работе, исследователи Honeywell адаптировали Кискит от IBM — инструмент с открытым исходным кодом, позволяющий описывать квантовые алгоритмы в форме, не привязанной к конкретному оборудованию, а затем выдавать реальные команды для запуска программы на конкретном оборудовании (что-то вроде кроссплатформенного компилятора).
Таким образом, компания надеется воспользоваться существующими экспертными решениями.
Это также может означать, что компании смогут разработать набор квантовых алгоритмов, а затем запустить их на любых системах с необходимыми им свойствами — высокой связностью или большим количеством кубитов — для достижения необходимой скорости.
Друзья и конкуренты
Возможно, из-за внедрения совершенно новой архитектуры компания совместила анонс своей технологии с двумя инвестициями в компании, уже разрабатывающие квантовые алгоритмы.Она также объявила, что финансовый гигант JPMorgan Chase будет работать с Honeywell над изучением возможности использования ее системы для разработки финансовых алгоритмов.
Это не означает, что система полностью готова к использованию; Мы уже разговаривали с людьми из JPMorgan Chase, и они сказали, что стараются обеспечить полную готовность компании к появлению практических квантовых компьютеров.
Все это говорит о том, что Honeywell серьезно относится к своим разработкам и надеется стать одним из главных претендентов в пространстве квантовых вычислений.
И если ее прогнозы на будущее сбудутся, то, скорее всего, так и будет. У наблюдателя может возникнуть соблазн сравнить ситуацию с соперничеством традиционных компьютерных архитектур, где сегодня активно борются x86 и ARM. Однако эти разные архитектуры производятся с использованием одних и тех же методов и работают с одними и теми же компонентами.
В описываемом случае две конкурирующие архитектуры основаны на физически совершенно разных системах, имеющих одинаковые лишь некоторые правила работы.
Это совершенно другой набор условий, и гораздо более интересный.
Теги: #Квантовые технологии #Компьютерное оборудование #honeywell #квантовые компьютеры #ионные ловушки
-
Карманный Офис Vnc Pro
19 Oct, 24 -
Рабочим Не Следует Бояться Роботопокалипсиса
19 Oct, 24 -
Новые Технологии Для Моторных Масел Лукойл
19 Oct, 24 -
Дьявол Среди Них
19 Oct, 24 -
Менеджмент 2.0 (Часть 2)
19 Oct, 24 -
Списки Todo Через Jabber
19 Oct, 24
