На прошлой неделе американский стартап PsiQuantum сообщил, что смог решить ключевую проблему квантовых компьютеров - научился массово производить квантовые чипы. Компания долго работала в закрытом режиме, пока не привлекла к себе внимание громким раундом финансирования в 2021 году. В прошлом году ей удалось получить еще две крупные инвестиции.
Инженеры PsiQuantum сделали ставку на фотонные квантовые вычисления, хотя большинство экспертов считали эту технологию бесперспективной. Метод позволяет кодировать информацию в отдельных частицах света, что дает три главных преимущества: почти полное отсутствие помех, очень высокую скорость и прямую совместимость с оптоволоконными сетями. Однако раньше технологию не удавалось развить из-за серьезных технических сложностей: фотоны движутся слишком быстро, легко теряются, а создавать и регистрировать их чрезвычайно сложно.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature и прошедшей экспертную оценку, компания представила оборудование для фотонных квантовых вычислений, которое можно выпускать в промышленных масштабах. Разработчики уверены: их подход позволит увеличивать мощность системы без серьезных ограничений.
Обычные компьютеры хранят информацию в транзисторах в виде битов - нулей и единиц. Квантовые же системы работают с кубитами - квантовыми битами, которые можно записать разными способами. Сейчас лидируют сверхпроводящие схемы: чтобы они работали, нужна сложная система охлаждения, поддерживающая температуру около абсолютного нуля. Такой подход выбрали Google, IBM и Rigetti - компании часто хвастаются тем, что якобы достигли "квантового превосходства" (их машины превзошли обычные компьютеры в определенных задачах) или "квантовой полезности" (вычисления можно применять на практике).
Вторыми по популярности идут квантовые компьютеры на захваченных ионах - их разрабатывают IonQ и Honeywell. Здесь заряженные атомы удерживают в специальных электромагнитных ловушках, а кубиты записывают в энергетических состояниях частиц. Есть и другие технологии: системы на нейтральных атомах, кремниевые кубиты, искусственные дефекты в алмазах и необычные схемы фотонного кодирования. Все эти решения можно купить за большие деньги или использовать через облако , но разработчики предупреждают: пока они годятся только для экспериментов.
Обычные биты в современных системах работают почти безупречно: ошибка (когда ноль случайно меняется на единицу) возникает всего раз на триллион операций. PsiQuantum пока не достигла такой точности, но показывает впечатляющие результаты. Инженеры создали волноводы из нитрида кремния, где сигнал почти не теряется, очень точные детекторы, способные считать отдельные фотоны, и практически идеальные соединения между компонентами. Ошибки возникают лишь в 0,02% операций с одним кубитом и в 0,8% случаев при создании пар кубитов.
Важнейшим прорывом PsiQuantum стал новый способ борьбы с ошибками в работе квантовой системы. Инженеры применили метод слияния частиц, который оказался гораздо эффективнее прежних подходов. Теперь разработчики стремятся сделать технологию полностью отказоустойчивой: если число сбоев удастся снизить до определенного минимума, их можно будет устранять неограниченно долго.
Эксперты, впрочем, скептически относятся к подобным заявлениям. Измерения обычно проводят лишь на паре-тройке кубитов, тогда как в реальной квантовой машине каждому вычислительному элементу предстоит взаимодействовать с миллионами, миллиардами или даже триллионами соседей.
Работа над новой технологией велась совместно с производителем полупроводников GlobalFoundries. Все важные компоненты - источники и детекторы фотонов, логические вентили и схемы для исправления ошибок - удалось разместить на одном кремниевом чипе. GlobalFoundries уже выпустила миллионы таких микросхем.