Інженери IBM вперше в історії квантових обчислень продемонстрували стійку передачу квантової інформації між двома незалежними процесорами з точністю близько 99 %. Експеримент, про який повідомляє видання 3DNews, став ключовим етапом на шляху до модульних квантових комп'ютерів — систем, у яких кілька окремих чипів працюють як єдине ціле. По суті, це наближає індустрію до створення квантових суперкомп'ютерів, здатних виконувати завдання, недоступні жодному одиничному кристалу.

Два Nighthawk, чотири кабелі, 80 сантиметрів

В основі експерименту лежали два надпровідні процесори IBM Quantum Nighthawk, кожен із яких містить 120 кубітів. Ці чипи були анонсовані приблизно за рік до описаного випробування. Для їх з'єднання інженери використали чотири алюмінієві коаксіальні кабелі довжиною 80 см, що працюють на мікрохвильових частотах близько 5 ГГц. Кожен кабель формував окремий канал зв'язку між спеціальними налаштовуваними кубітами, розташованими на кінцях з'єднання. Кабелі встановлювалися перпендикулярно до поверхні чипів, а контакти закріплювалися індій-індієвими з'єднаннями під тиском за кімнатної температури. Примітно, що монтаж проводився вже після того, як процесорні модулі були встановлені в кріогенну систему, що суттєво спрощує обслуговування й масштабування установки. Водночас для експерименту підключили та виміряли лише частину кубітів кожного процесора, що дозволяє надалі розширювати кількість задіяних каналів.

Заплутаність і двокубітні операції між чипами

Окрім простого перенесення квантових станів, дослідники продемонстрували спільне виконання двокубітних операцій і створення заплутаних станів, зокрема одночасно за двома сусідніми каналами. Середня точність міжчипових операцій CZ — керованого Z, двокубітної квантової операції, що зв'язує кубіти на різних кристалах, — склала 94,75 %, а найкращий зафіксований результат досяг 96,42 %. Ці показники дещо нижчі за точність передачі станів, оскільки сама операція включає кілька додаткових квантових перетворень. Важливо, що всі чотири з'єднання зберегли працездатність після трьох повних циклів нагрівання та охолодження без порушення контактів, що підтверджує механічну та електричну надійність запропонованої архітектури.

L-coupler: доведена працездатність з'єднувачів

Проведений експеримент наочно показав, що представлені одночасно з процесорами Nighthawk з'єднувачі L-coupler здатні зв'язувати незалежні квантові процесори та передавати між ними квантову інформацію. Це не просто лабораторний курйоз, а доказ того, що масштабування квантових обчислювачів є технічно здійсненним. Можливість об'єднувати чипи в модулі відкриває шлях до підвищення продуктивності та відмовостійкості квантових комп'ютерів, реалізації складніших алгоритмів і ефективних кодів корекції помилок, які є критично важливими для переходу від демонстраційних експериментів до практичних обчислень.

«Шпак»: перший модульний квантовий суперкомп'ютер до 2029 року

В IBM уже розробили стандартні кріогенні стійки для модульних систем, і компанія планує за їх допомогою створити перший практично цінний модульний квантовий суперкомп'ютер під кодовою назвою «Шпак» (Starling). Проведений експеримент зі сполучення двох квантових процесорів підтвердив, що квантові дані можуть передаватися між сусідніми стійками та далі по ланцюжку. За заявою компанії, IBM тепер має чітке уявлення про те, як досягти поставленої мети до 2029 року, відповідно до раніше оголошеного плану розвитку квантових технологій.

Значення для галузі

Досягнення IBM вписується в загальний тренд індустрії на перехід від одиничних чипів до модульних архітектур. Якщо раніше основним обмеженням квантових комп'ютерів вважалося число кубітів на одному кристалі, то тепер фокус зміщується на якість міжчипових зв'язків і стабільність заплутаності на відстані. Точність передачі близько 99 % і збереження працездатності після термічних циклів — це ті параметри, без яких жоден модульний квантовий комп'ютер не зможе вийти за межі дослідницької лабораторії. Експеримент із Nighthawk демонструє, що інженерна база для такого переходу вже сформована, а завдання, що залишилися, мають переважно системний, а не фундаментальний характер.