ИонКью
Еще в 2020 году мы разговаривали с генеральным директором стартапа IonQ, занимающегося квантовыми вычислениями, который использует захваченные ионы для своих кубитов. В то время компания только что представила квантовый процессор, способный вмещать 32 кубита, которые обладали впечатляющей точностью, а это означало, что вероятность ошибки при манипулировании или считывании с ними была гораздо ниже. Что еще лучше, генеральный директор предположил, что есть очевидный способ удваивать количество кубитов каждые восемь месяцев в течение следующих нескольких лет.
Судя по этому показателю, мы должны увидеть высокоточную 128-кубитную машину от компании примерно сейчас. Вместо этого компания решила внести существенные изменения в базовую технологию и переосмыслить масштабирование своих процессоров. Чтобы выяснить, что послужило причиной изменений, мы поговорили с техническим директором компании Юнгсаном Кимом из Университета Дьюка о решении и о том, какое место занимает аппаратное обеспечение IonQ в более широком ландшафте.
Если вас особенно интересует аппаратное обеспечение IonQ, следующие два раздела для вас; если вас волнует состояние ландшафта квантовых вычислений в целом, вы можете пропустить эти разделы.
Другой элемент
IonQ, как следует из названия, использует для своих кубитов технологию, называемую захваченными ионами. Эти ионы удерживаются в месте, называемом ловушкой, с помощью тщательно настроенных лазеров, и с ними может работать отдельный набор лазеров. Эти лазеры могут устанавливать состояние кубита, производить над ним манипуляции, а затем считывать конечное состояние.
Преимущество этой системы в том, что любые два иона могут быть запутаны друг с другом. Это отличается от кубитов, основанных на сверхпроводящих проводах, называемых трансмонами, в которых соединения между кубитами являются статическими, основанными на проводниках, установленных во время производства. (Трансмоны используются такими компаниями, как GoogleIBM и Rigetti.) Это имеет важные последствия, к которым мы еще вернемся.
В более ранних версиях своего оборудования IonQ использовал ионы иттербия, но у них был один большой недостаток. «Одна из технических проблем при работе с иттербием заключается в том, что многие лазерные технологии требуют ультрафиолетового излучения», — сказал Ким Ars. «Когда вы пытаетесь масштабироваться и пытаться работать быстро и использовать много энергии, этот УФ добавляет много технических сложностей к тому, что мы можем сделать».
Поэтому компания решила заменить элементы на ионы бария. С этим изменением все лазеры, необходимые для работы квантовых вычислений, были в видимом диапазоне длин волн, что означает меньшую мощность и более широкое доступное готовое оборудование. Ким сказал, что, кроме лазеров и некоторого оптического оборудования, необходимого для того, чтобы свет попадал в нужные места, больше ничего не нужно было менять, чтобы кубиты на основе бария заработали.
Качественный СПАМ
Сегодняшнее объявление компании сосредоточено на конкретном аспекте производительности кубитов на основе бария: подготовке и измерении состояния, или спаме. Это проблемы, возникающие при инициализации системы или при считывании ее конечного состояния; они не включают ошибки, вызванные операциями, выполняемыми над кубитами (Ким сказал, что компания скоро расскажет о последнем больше). Короче говоря, если у вас есть проблема со СПАМом, вы не сможете полагаться ни на какие решения, предоставляемые вычислительным оборудованием.
С кубитами на основе бария количество ошибок спама уменьшилось на порядок; проблемы возникают только в 0,04% тестов.
Это чрезвычайно низкий уровень ошибок по сравнению с большинством технологий кубитов, но Ким отметил, что он все еще весьма ограничен. «К тому времени, когда вы доберетесь до 100 кубитов, только считывание будет давать вам 60-процентную ошибку, — сказал он, — так что это просто подрывает вашу производительность по мере того, как вы переходите к все более и более крупным схемам».
Именно из-за этой проблемы компания переосмысливает свой подход к производительности и масштабированию своих систем.
