IBM з'єднала два 120-кубітні чипи 80-сантиметровими кабелями з точністю 99%

Дослідники IBM з'єднали два 120-кубітні надпровідні квантові процесори чотирма кабелями завдовжки по 80 сантиметрів і передавали квантові стани між чипами із середньою точністю 99,00 відсотка. Роботу, в якій бере участь група на чолі з Нірджею Сундарасан, викладено 21 жовтня у вигляді препринта на arXiv під назвою «Метрові квантові з'єднання між великими квантовими процесорами»; рецензування вона поки не пройшла.

Навіщо чипам кабелі

Квантовий комп'ютер зберігає інформацію в кубітах. На відміну від звичайного біта, який дорівнює 0 або 1, кубіт може перебувати в поєднанні обох станів, доки його не виміряють. Упакувати дедалі більше кубітів на один чип важко, тому IBM йде модульним шляхом: кілька процесорів-модулів, з'єднаних між собою. Для цього зв'язки мають переносити крихкі квантові стани на відстані, які за мірками чипа великі, а машині знадобиться багато однакових зв'язків між будь-якими двома модулями.

Команда називає свої зв'язки далекодійними з'єднувачами, або L-couplers. У цій роботі чотири такі з'єднувачі зв'язали два процесори IBM Nighthawk R1, у кожному по 120 кубітів.

Як влаштований L-з'єднувач

Кожен L-з'єднувач зв'язує два кубіти ґраток процесорів через два «L-кубіти» з частотою, що перебудовується, два з'єднувачі на надпровідній схемі RF-SQUID і 80 сантиметрів надпровідного алюмінієвого коаксіального кабелю. Кабель розташований перпендикулярно до поверхні процесора, що дає змогу робити з'єднання щільнішими, і кріпиться до чипа індієво-індієвим пресовим з'єднанням, яке виконують за кімнатної температури, коли обидва модулі вже встановлено в кріостаті — холодильнику, де підтримується низька температура кубітів. Моди зв'язків лежать близько 5 гігагерців, внутрішня добротність — від 0,86 до 1,09 мільйона; ця величина показує, наскільки мало енергії вони втрачають.

Що показують цифри

• Передача стану по зв'язках, виміряна методом мережевого бенчмаркінгу, досягла середньої точності (fidelity) 99,00 відсотка. Найкраща лінія показала 99,29 ± 0,07 відсотка.
• Двокубітні вентилі CZ між кубітами на різних чипах працювали із середньою точністю 94,75 відсотка, найкраща лінія — 96,42 ± 0,28 відсотка.
• За допомогою цих вентилів дослідники створили заплутані стани між двома процесорами, зокрема одночасні пари Белла через два сусідні L-з'єднувачі.

Точність тут — частка задуманого квантового стану, яка дійшла без спотворень; 100 відсотків означали б ідеальну передачу. Заплутаність — квантовий зв'язок між частинками, за якого стан однієї не можна описати без іншої.

Обмеження

За повідомленням ScienceAlert, кабелі втрачали дуже мало енергії під час роботи й витримали три цикли нагрівання та охолодження. Дослідники також помітили магнітні завади, які погіршували якість сигналу, і для практичного застосування L-з'єднувачів потрібно підвищити ефективність. Автори пишуть, що, наскільки їм відомо, це перша демонстрація багатоканального квантового з'єднання між великими надпровідними процесорами.

IBM заявляла, що розраховує випустити відмовостійкий квантовий комп'ютер до 2029 року. Більше матеріалів про технології — у розділі «Технології».