IBM анонсирует отказоустойчивый квантовый компьютер к 2029 году

Вычислительная техника

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 06/11/2025

Художественное представление квантового компьютера Starling, который будет запущен в 2029 году. [Изображение: IBM]

Отказоустойчивый квантовый компьютер

Компания IBM объявила, что к 2029 году она намерена создать отказоустойчивый квантовый компьютер .

Достижения в этом направлении описаны в двух научных статьях и дорожной карте развития, выпущенных компанией; обе научные статьи еще не прошли рецензирование.

«IBM предлагает наиболее жизнеспособный путь к реализации отказоустойчивых квантовых вычислений. К 2029 году мы представим IBM Quantum Starling — крупномасштабный отказоустойчивый квантовый компьютер, способный выполнять квантовые схемы, состоящие из 100 миллионов квантовых вентилей на 200 логических кубитах. Мы создаем эту систему на нашем историческом предприятии в Покипси, штат Нью-Йорк», — объявила компания.

Путь к крупномасштабным квантовым компьютерам или квантовым суперкомпьютерам сталкивается с тремя фундаментальными проблемами: масштабируемость, которая подразумевает увеличение числа кубитов; отказоустойчивость, чтобы хрупкие квантовые операции не ставили под угрозу качество результатов; и исправление ошибок, чтобы предотвратить размножение небольших ошибок в хрупких кубитах по мере выполнения вычислений при запуске программ. Все эти три вещи вместе ограничивают современные машины небольшими компьютерами с небольшим числом кубитов.

IBM объявила, что работает по двум направлениям: над улучшением корректора ошибок и над превентивной системой, которая не позволяет ошибкам влиять на обработку, что на практике означает создание отказоустойчивой системы.

Для этого компания будет использовать сверхпроводящие кубиты, которые будут располагаться дальше друг от друга, чтобы создавать меньше взаимных помех и, таким образом, минимизировать возникновение ошибок. Фактически, идея заключается в том, чтобы построить каждый кубит на своем собственном чипе. И компания заявляет, что у нее уже есть механизмы для соединения этих разных чипов, что позволяет Starling быть больше и выполнять более сложные программы, чем его предшественники.

• Отказоустойчивый квантовый компьютер побил рекорд с использованием логических кубитов

Архитектура отказоустойчивого квантового компьютера IBM. Вместо одного чипа физические кубиты будут размещены на тороидальной структуре, что увеличит расстояние между ними и уменьшит количество физических кубитов на логический кубит в 10 раз. [Изображение: IBM]

Логические кубиты

Компания также представила новую программную архитектуру для объединения физических кубитов в логические кубиты, называемую qLDPC, что означает «квантовые коды проверки четности с низкой плотностью». Биты четности использовались с самого начала вычислений, представляя собой своего рода однобитовую циклическую избыточную проверку (CRC). IBM теперь разработала аналогичный механизм, который работает в квантовой системе.

В то время как каждый физический кубит будет представлять собой хорошо изолированную аппаратную единицу на собственном чипе, которую можно программировать и соединять с другими кубитами контролируемым образом, логический кубит представляет собой единицу закодированной информации, сформированную из одного или нескольких физических кубитов, в зависимости от кода коррекции квантовых ошибок.

Большим преимуществом является то, что каждому логическому кубиту, оснащенному архитектурой qLDPC, для работы требуется меньше физических кубитов, что ускоряет исправление ошибок, а чипы становятся меньше и проще в производстве.

Включаем третий механизм — декодер с коррекцией ошибок. «Мы представляем первую точную, быструю, гибкую и компактную архитектуру декодера. Ее можно установить на FPGA или ASIC, классические компоненты, которые сегодня повсеместно распространены. Эта технология декодирования, называемая Relay-BP, обеспечивает сокращение в 5–10 раз по сравнению с другими ведущими декодерами и показывает, что нам не нужно использовать большие объемы высокопроизводительных вычислений для выполнения декодирования, необходимого для отказоустойчивых квантовых вычислений», — заявила компания.

«Это научные мечты, ставшие инженерными достижениями», — заявил исследователь IBM Джей Гамбетта.

• Световой кубит оснащен встроенной функцией исправления ошибок

План развития квантовых вычислений IBM. [Изображение: IBM]

Квантовый компьютер IBM Starling

Подводя итог, компания обещает создать квантовый компьютер к 2029 году:

• Устойчивость к отказам : логические ошибки подавляются в достаточной степени для выполнения осмысленных алгоритмов.
• Адресуемость : отдельные логические кубиты могут быть подготовлены или измерены в ходе вычислений.
• Универсальный : универсальный набор квантовых инструкций, применяемых к логическим кубитам.
• Адаптивность : измерения будут декодироваться в реальном времени и могут изменять последующие квантовые инструкции.
• Модульность : Аппаратное обеспечение будет распределено по набору сменных квантово-связанных модулей.
• Эффективность : осмысленные алгоритмы могут быть выполнены с использованием разумных физических ресурсов.

Дорожная карта развития предусматривает, что Starling будет иметь 100 миллионов квантовых логических вентилей, сгруппированных примерно в 200 логических кубитов. Внутри каждого логического кубита несколько кубитов работают вместе как единое, устойчивое к ошибкам вычислительное устройство — текущий рекорд для логических кубитов составляет 50, и он удерживается сотрудничеством Quantinuum и Microsoft .

Теоретически отказоустойчивый квантовый компьютер такого масштаба, с сотнями логических кубитов, мог бы выполнять сотни миллионов и даже миллиарды операций в секунду, что, как утверждает компания, позволит ему решать практические задачи, такие как открытие лекарств, разработка новых материалов, изучение химических реакций и т. д.

Другие новости о:

Больше тем