Направления деятельности Intel очень многогранны, самое широко известное из них – производство огромного спектра микропроцессоров, в последнее время многие из процессорных архитектур были названы в честь водоемов. Поэтому заявление о том, что компания собирается начать поставки процессора под названием Tunnel Falls, совершенно не удивительно, если бы не некоторые ключевые детали. Ключевая из них – этот процессор основан на кубитах.
Tunnel Falls, по-видимому, назван в честь водопада, расположенного недалеко от завода Intel в Орегоне, где команда квантовых исследований компании выполняет большую часть своей работы. Это 12-кубитный чип который значительно уступает по количеству кубитов многим конкурентам Intel, которые дают доступ к своим квантовым процессорам через облачные сервисы. Однако Джим Кларк, возглавляющий работу Intel в области квантовых технологий, заявил, что эти различия обусловлены особым подходом компании к разработке квантовых компьютеров.
До сих пор крупные компании и стартапы, разрабатывающие квантовые компьютеры, фокусировались на одной технологии (transmon, trapped ion и т.д.). Они делают ставку на то, что смогут первыми масштабировать технологию до достаточного количества кубитов и приемлемой частоты ошибок. Клиенты, которые пользуются их услугами, получают необходимый опыт для использования процессоров на таких технологиях, если они в последствии станут широко применимыми. Этого легко достигается, получив доступ к соответствующему оборудованию через облачный сервис и используя наборы разработчика программного обеспечения вместо прямого управления оборудованием. Таким образом, почти все, кроме Intel, сосредоточены на предоставлении именно таких услуг.
Intel же, напротив, пытается создать кремниевые кубиты, чтобы получить преимущество, используя разработки, над которыми работает большая часть компании. Они надеются «воспользоваться тем, что уже много лет делает индустрия КМОП», – сказал Джим Кларк во время встречи с прессой и аналитиками. Цель, по словам Кларка, состоит в том, чтобы ответ на вопрос «Что мы должны изменить в нашем кремниевом чипе, чтобы сделать это?» был «как можно короче».
В основе кубитов лежат квантовые точки – структуры, размер которых меньше длины волны электрона в материале. Квантовые точки могут быть использованы для захвата отдельных электронов, а затем свойства электрона могут быть использованы для хранения квантовой информации. Intel использует весь свой производственный опыт для создания квантовой точки и всех соседних элементов, необходимых для установки и считывания ее состояния и выполнения манипуляций.
Однако, по словам Кларка, существуют различные способы кодирования кубита в квантовой точке. В этом заключается еще одно ключевое отличие в подходе Intel – в то время как большинство ее конкурентов сосредоточены исключительно на развитии сообщества разработчиков программного обеспечения, Intel одновременно пытается развивать сообщество, которое поможет ей улучшить свои технологии. Для разработчиков программного обеспечения компания также выпустила комплект разработчика ПО.
Чтобы помочь развитию этого сообщества, Intel поставит процессоры Tunnel Falls в несколько университетов. Университеты Мэриленда, Рочестера, Висконсина и Национальные лаборатории Сандия станут первыми, кто получит новый чип, компания также заинтересована в привлечении прочих. Ожидается, что исследователи из этих мест помогут Intel охарактеризовать источники ошибок и определить, какие формы кубитов обеспечивают наилучшую производительность.
Тем не менее, Intel разрабатывает множество технологий самостоятельно. Кларк рассказал о том, как компания производит целые пластины, заполненные квантовыми чипами, при этом полезный выход отдельных процессоров с пластины составляет более 95%. Также разработано оборудование, позволяющее охлаждать целые пластины и тестировать сотни отдельных чипов одновременно. Эта технология должна помочь компании выяснить, что лучше работает с точки зрения изготовления и какие характеристики связаны с более высокой производительностью.
Стоит отметить, что использование чипа требует подключения отдельных чипов к печатной плате и понижения температуры системы охлаждения почти до абсолютного нуля. В конечном итоге это может стать узким местом тестирования, учитывая, что Intel, вероятно может произвести гораздо больше чипов, чем сможет использовать – это еще одна причина, по которой для компании есть смысл поставлять их другим.
Хотя в Tunnel Falls всего 12 кубитов, Кларк выражает уверенность в достаточности возможностей компании для предположения, что к 2027 году можно будет оперировать тысячами кубитов с качеством, достаточным для коррекции ошибок. Это, в целом, не сильно отличается от ожиданий лидера по количеству кубитов – компании IBM. Однако, в отличие от трансмонов IBM, кубиты Intel достаточно малы, чтобы их можно было разместить на одном чипе, что избавит от необходимости проводить исследования, связанные с объединением нескольких чипов в единый кластер. Ключевой показатель прогресса в данной технологии может быть получен уже в следующем году, когда Intel обещает выпуск преемника Tunnel Falls. Количество кубитов в этом чипе должно дать нам представление о том, достаточно ли быстро происходит масштабирование. До этого компания планирует предоставить сообществу разработчиков программного обеспечения доступ к своим системам через облачный сервис.
В целом, Intel сделала смелый и достаточно рискованный выбор для своей стратегии квантовых вычислений. С кубитами на основе электронов работать сложнее, чем со многими другими технологиями, поскольку они имеют тенденцию к более короткому сроку жизни, прежде чем распасться и потерять информацию, которую они должны хранить. Intel рассчитывает на быстрые итерации, большие производственные мощности и многочисленное сообщество, которые помогут ей решить эту проблему. Но тестирование чипов для квантовых вычислений и понимание того, почему их кубиты иногда дают сбой, – процесс непростой. Для этих целей требуется узкоспециализированное охлаждающее оборудование, которому требуется около суток, чтобы довести чипы до температуры, при которой возможно их использование.