IBM представляет модульную систему глубокой заморозки, которая расширяет возможности квантовых компьютеров, стремясь к созданию отказоустойчивых машин к 2029 году.
Компания IBM объявила о развертывании первого модульного квантового холодильника, который можно соединять между собой для масштабирования и удовлетворения потребностей в охлаждении сотен квантовых чипов.Эта система способна охлаждаться до -273,14 градусов Цельсия, что близко к 0 ° K. Этот шаг является важным этапом в стремлении IBM к 2029 году внедрить крупномасштабные отказоустойчивые квантовые компьютеры, применяющие методы квантовой коррекции ошибок для преодоления помех в реальном времени и выполнения задач без прерывания.
Квантовые компьютеры обещают выполнять множество крупномасштабных вычислений за гораздо меньшее время, чем даже самые быстрые суперкомпьютеры, доступные в настоящее время.
Квантовые биты (кубиты) обычно требуют чрезвычайно низких температур, близких к абсолютному нулю (-273,15 градуса Цельсия). Кубиты работают внутри камер со сверхнизкими температурами, но сложная структура обычных холодильных систем создает множество недостатков в процессе работы.
Если бы все кубиты были помещены внутрь этой холодильной системы, то при неисправности хотя бы одного из них вся система должна была бы отключиться.
Компания IBM модернизировала свою существующую систему глубокой заморозки, перейдя на модульный форм-фактор.
Инновационная система охлаждения IBM решает эту проблему, предоставляя инженерам специализированные модули, способные вмещать ограниченное количество микросхем.
Соединение модулей друг с другом использует суммарную мощность отдельных квантовых процессоров. Каждый холодильный модуль имеет высоту более 2,4 м, ширину 2,4 м и вместимость приблизительно 0,25 м³, и напрямую соединен с квантовым процессором с помощью сверхпроводящих кабелей. Это позволяет нескольким квантовым чипам взаимодействовать, обмениваться информацией и работать вместе в рамках более крупного компьютера.
Это изменение позволяет интегрировать более плотную проводку для отображения данных и управления, упрощает соединения между соседними ячейками и увеличивает площадь, доступную для квантового процессора. Изменения в конструкции также направлены на изоляцию компонентов и подсистем для будущей оптимизации, даже при увеличении плотности проводки, охлаждения и квантовых устройств.
В недавнем эксперименте компания IBM объединила два модуля своей новой квантовой холодильной системы и продемонстрировала, что они могут совместно охладить помещение до -269,15 градусов Цельсия менее чем за 5 дней, а вскоре после этого достичь конечной температуры -273,14 градусов Цельсия.
Для достижения таких низких температур инженеры использовали сверхнизкотемпературные гелиевые компрессоры в сочетании с имеющимися в продаже холодильными установками с разбавлением. Теплоизоляцию обеспечивали вакуумные корпуса, экранирующие от электромагнитных помех прокладки и многослойные сверхтеплоизолирующие панели из майлара.
Компания IBM планирует развернуть новую модульную систему глубокой заморозки в 2027 году, при этом первоначальная версия будет использовать 2-3 ячейки, поддерживающие в общей сложности около 1000 кубитов.
Цель IBM — к 2029 году запустить Starling, первый отказоустойчивый квантовый компьютер, способный содержать до 200 логических кубитов и выполнять до 100 миллионов квантовых вычислений — в 20 000 раз больше, чем существующие системы.
IBM/Quantum Boost
