Глава крупнейшей европейской компании по производству квантовых компьютеров заявляет о решимости совершить инженерные прорывы, необходимые сверхпроводящим квантовым компьютерам для реализации ожидаемых от них революционных приложений. Это несмотря на предупреждение Агентства передовых оборонных исследовательских проектов США (Darpa) о том, что текущая архитектура не сможет оправдать своих обещаний. Ян Гёц, генеральный директор финской компании IQM, занимающейся масштабированием квантовых технологий, в интервью Computer Weekly заявляет, что Darpa, возможно, права, говоря, что доминирующая архитектура квантовых вычислений не может быть масштабирована с использованием современных технологий. Однако он добавляет, что инженерные прорывы могут и произойдут, чтобы доказать неправоту американского агентства, утверждающего, что это невозможно. Гёц общается с Computer Weekly, готовясь к листингу на американской фондовой бирже, что предполагает привлечение около 300 миллионов евро для финансирования исследований и разработок, а также приобретение других компаний для получения технологий, которые обеспечат эти инженерные прорывы. Высокая стоимость квантовых вычислений — одна из проблем, которую IQM необходимо решить, говорит Гёц в ответ на прогноз Darpa. Это сделало бы возможным масштабирование вычислительной мощности их системы до размера, который может быть полезен, запуская приложения, от которых промышленность может получить большую выгоду, чем от стоимости их вычислений, — то самое, что, по мнению Darpa, невозможно сделать. Масштаб задачи очевиден в технологических дорожных картах IQM и других компаний, стремящихся создать квантовые компьютеры утилитарного масштаба, — таких как IBM, использующая ту же сверхпроводящую технологию, что и IQM; и Pasqal, французский лидер, планирующий привлечь средства от американских инвесторов этим летом посредством собственного листинга на бирже. Поскольку уровень ошибок квантовых компьютеров по своей природе высок, а построение систем, способных обрабатывать кубиты (примерно сопоставимые с битами), в масштабе затруднено, их дорожные карты показывают единицы или двойки — если вообще что-то — логических кубитов, которые они могут получить из систем, состоящих из сотен физических кубитов. Они обычно стремятся к 2030 году достичь соотношения сотен к десяткам тысяч и туманно обещают утилитарный масштаб — с нескольких тысяч из сотен тысяч — после 2033 года. Но это просто невозможно с сегодняшними технологиями, говорит Гёц: «Если мы сейчас масштабируемся от сотен кубитов до тысяч или миллионов, это не может масштабироваться линейно, как цена. Нам нужно найти более экономичные способы сделать это. Но это возможно». IQM намерена направить большую часть привлеченных средств на НИОКР для решения одной из наиболее насущных проблем масштабирования, присущих используемой ею технологии сверхпроводящих кубитов для создания своих систем: множество кабелей, необходимых для управления каждым кубитом в системе. «Мы хотим создавать квантовые компьютеры, которые в конечном итоге достигнут миллионов кубитов или более», — говорит он. «Нам придется изменить некоторые подходы. Например, кабельную разводку. Мы не будем масштабироваться, имея миллионы микроволновых кабелей в одной системе. Это просто не сработает. «Нам нужны альтернативные технологии. Есть способы полностью сократить эти кабели и интегрировать их в кремний. Огромный потенциал для снижения затрат на электронику и многие другие аспекты». Аналогично, системы IQM размещают свои физические кубиты на одной плитке. Это не может быть масштабировано, поскольку влечет за собой неправдоподобно сложную инженерию и накопление ошибок. Поэтому IQM планирует создавать меньшие плитки и предварительно тестировать их перед сшиванием. IQM инвестирует «много» в передовую упаковку процессоров и связность для решения этих проблем, говорит Гёц. В конечном итоге компания обещает создать архитектуру, в которой соотношение физических и логических кубитов будет на десятую долю меньше.
Программа Darpa HARQ «крайне спекулятивна»
Однако неспособность этой дорожной карты — и других — достичь своих целей стала предпосылкой для программы, которую Darpa запустило в феврале, когда IQM объявила о своем намерении привлечь средства для ее финансирования. Все крупные компании, занимающиеся квантовыми вычислениями, работают над созданием систем, которые, как заключило Darpa, к 2033 году окажутся либо «непомерно дорогими в создании, либо непомерно дорогими в эксплуатации» для приложений, ожидаемых промышленностью. Это мнение было сформировано после 12 месяцев работы Darpa с 18 ведущими мировыми компаниями в области квантовых вычислений в рамках Инициативы по квантовому бенчмаркингу (QBI). Программа была направлена на определение того, сможет ли кто-либо достичь утилитарного масштаба вычислений в течение десятилетия. Она пришла к выводу, что не сможет, поскольку все они пытались масштабировать системы, используя один тип атомарной частицы — одну модальность кубитов, например, сверхпроводящую — для всех функций, необходимых в вычислительной схеме: обработка, память и связь. При этом каждая модальность подходила, как правило, только для одной. Более того, модульные методы, которые компании в области квантовых вычислений разрабатывали для преодоления проблем масштабирования, потерпят неудачу. Программа Darpa по гетерогенным архитектурам для квантовых вычислений (HARQ) предложила разработать квантовую вычислительную схему, в которой различные модальности кубитов, используемые компаниями в области квантовых вычислений для создания однородных систем, вместо этого применялись бы исключительно для специализированных функций, для которых они подходят, создавая архитектуру, аналогичную полупроводниковым вычислительным схемам. 10 марта Darpa продлило QBI в поисках более новаторских архитектур, чем те, что разработали крупные фирмы, в надежде найти ту, которая может увенчаться успехом. Darpa заявляет, что спешит получить результаты от HARQ в течение двух лет — достаточно скоро, чтобы остановить компании в области квантовых вычислений от вложения столь больших средств и НИОКР в однородные архитектуры, пока не стало слишком поздно для них изменить курс. Гёц настаивает, что гетерогенная архитектура Darpa — это прекрасное видение, но оно не имеет практического применения для промышленности в ближайшей или среднесрочной перспективе. «Речь идет о сроках, о том, что вы можете сделать сегодня, и о долгосрочном видении. То, что произойдет, возможно, через 10 лет, — это совершенно другой вопрос. Именно этим вопросом занимается программа Darpa», — говорит он. Архитектура HARQ «крайне спекулятивна», утверждает Гёц, поскольку сегодня не существует квантовой памяти, подходящей для интеграции с целью создания схемы квантовых вычислений. Даже если кто-то и разработает квантовую память, технические проблемы будут препятствовать ее интеграции, поскольку, будучи другой модальностью, ее физические кубиты будут работать на другой частоте. Ее можно было бы интегрировать только в том случае, если станет возможным преобразовывать частоты между модальностями без разрушения их хрупких квантовых состояний, что приведет к увеличению дорогостоящих ошибок. Универсальный преобразователь частоты, подобный USB для атомных состояний, является приоритетом HARQ. Инженерная задача настолько велика, что программа направлена на определение того, возможно ли вообще создать гетерогенную квантовую вычислительную схему, а затем, более ли это осуществимо, чем однородные архитектуры, которых придерживаются такие компании, как IBM и IQM. «Мы очень прагматичны. Мы хотим начать с чего-то, что работает», — говорит Гёц. «Мы строим бизнес сегодня и продаем квантовые компьютеры, которые функциональны сегодня, которые мы можем отгружать и доставлять клиентам уже сейчас». Квантовые компьютеры сегодня — это просто процессоры, и то, что работает сегодня, — это их интеграция с высокопроизводительными компьютерами (HPC), которые предоставляют те функции, такие как память, которых не хватает квантовым компьютерам, говорит Гёц. Углубление этой квантово-классической интеграции — что является общей целью и для других дорожных карт в области квантовых вычислений — является необходимым первым шагом к вычислениям утилитарного масштаба, считает Гёц. HARQ может принести последующие шаги, в более отдаленной перспективе, если окажется жизнеспособным. IQM отслеживала рынок в поисках компаний с технологиями, подходящими для интеграции в схему квантовых вычислений, которые она могла бы приобрести. Но ее приоритетом сейчас является масштабирование сверхпроводящей вычислительной мощности, интеграция с классическими графическими процессорами и центральными процессорами HPC, а также разработка программного стека, который облегчит разработчикам создание квантовых приложений.
Как движутся конкуренты IQM?
Интеграция с HPC также занимает видное место в дорожной карте IBM по квантовым вычислениям и по тем же причинам, по словам Алессандро Куриони, главы IBM Research Europe. Цель состоит в том, чтобы продемонстрировать квантовое превосходство — способность квантовых компьютеров более эффективно вычислять то, что мог бы сделать только HPC, — в этом году, говорит Куриони. Это и HPC были двумя необходимыми шагами на пути к квантовой утилитарности. «Я не говорю, что архитектура, которую мы имеем, будет преобладать через 20 лет», — отвечает Куриони на анализ HARQ. «Но именно она принесет квантовое превосходство в этом году и сможет обеспечить первые полностью отказоустойчивые квантовые вычисления в 2030 году. Сверхпроводящая, интегрированная с классической, станет первой и установит эталон. «Если к 2030 году — с конвергенцией классических и квантовых технологий и с более отказоустойчивой архитектурой кубитов — если к тому времени мы не сможем добиться трансформационных изменений, у квантовых вычислений не будет будущего», — говорит он. IBM ожидает решить инженерные проблемы масштабирования сверхпроводящих кубитов к 2029 году, говорит Куриони. Десять лет назад компания выбрала эту модальность после того, как определила, что она лучше всего подходит для универсальных квантовых вычислений, поскольку может масштабироваться с небольшим количеством ошибок и эффективно интегрироваться с HPC. В прошлом году IBM обязалась инвестировать 30 миллиардов долларов в мэйнфреймы и квантовые вычисления с этой целью к 2029 году. Darpa обнаружило, что из шести модальностей, на основе которых разные компании в области квантовых вычислений строят свои системы, только сверхпроводящие кубиты особенно подходят для квантовой обработки. Но они не подходили ни для памяти, ни для обработки, и агентство использовало квантовый процессорный чип Blue Jay, который, как обещала IBM, обеспечит утилитарный масштаб вычислений после 2033 года, в качестве примера однородной, модульной архитектуры, которая, по мнению агентства, потерпит неудачу. Какие модальности кубитов вообще могут быть интегрированы в гетерогенную архитектуру — еще один вопрос, на который стремится ответить HARQ. Агентство подсчитало, что из других модальностей кубитов, которые разные компании в области квантовых вычислений используют для построения однородных систем, ни одна не подходит для этой цели. Pasqal, конкурент IQM за звание крупнейшей европейской компании в области квантовых вычислений, которая будет конкурировать с финской компанией за американских публичных инвесторов этим летом, строит компьютеры на основе нейтральных атомов — модальности, которая, по мнению Darpa, в некоторой степени подходит для квантовой памяти и имеет сомнительную пригодность для связи или обработки. Французская компания привлекает средства для инвестирования в основном в инфраструктуру и НИОКР для масштабирования своей архитектуры и углубления интеграции с HPC, где она сотрудничает с IBM. Pasqal продвигает нейтральные атомы как модальность с самой низкой стоимостью на кубит и не требующую сложной кабельной разводки и упаковки, присущей сверхпроводящим кубитам. Генеральный директор Pasqal Васик Бокхари заявляет в письменном заявлении, что системы на основе нейтральных атомов являются одним из наиболее многообещающих подходов к отказоустойчивым вычислениям. Он говорит, что компания продемонстрирует квантовое превосходство в этом году. Дорожная карта Pasqal предполагает достижение утилитарности к 2029 году. «Существуют технологические риски в достижении максимального уровня кубитов с использованием очень дорогих монолитных конструкций таких игроков, как IBM и Google», — говорит Шарль Фоли, исполнительный председатель memQ, французской компании по квантовым сетям, которая ожидает ответа о том, выиграла ли поданная ею заявка в HARQ место в программе. «Но у них есть деньги, чтобы пробиться и попытаться заставить это работать. Конкурировать с массивными бюджетами IBM и Google, возможно, не лучший путь для европейских производителей квантовых компьютеров», — говорит он, повторяя утверждение Darpa о том, что гетерогенная архитектура будет более осуществимой и более мощной».
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Mark Ballard
