Przygotuj się na niestandardowe jednostki procesorów kwantowych

Zawsze, gdy firma chce rozwijać się na czele technologii, wymaga to mnóstwa rozwoju od podstaw. W dziedzinie komputerów kwantowych jest to nadal prawda; firmy, które chcą działać w tej dziedzinie technologii, muszą budować praktycznie wszystko od zera. Ale dzisiaj, branża poczyniła ważny krok w kierunku przyspieszenia rozwoju urządzeń kwantowych.

28 marca 2022 roku, holenderska firma QuantWare ogłosiła, że zainteresowani klienci mogą zakupić niestandardowe jednostki przetwarzające kwantowo (QPU) o mocy 25 kubitów, które nazwali Contralto. Następuje to po ogłoszeniu z lipca 2021 roku o procesorze 5-kubitowym dostępnym od ręki. Firma twierdzi, że niestandardowe urządzenie Contralto może być wyprodukowane, zapakowane i dostarczone do klientów w zaledwie 30 dni. To przekonujący krok naprzód dla rozwijającej się branży, która ma potencjał rozwiązania niektórych z najtrudniejszych problemów obliczeniowych.

Chociaż ogłoszenie jest przekonujące, podobnie jak sama idea urządzeń kwantowych, takie ogłoszenia powinny być oceniane w kontekście obecnego stanu technologii kwantowej w ogóle. Nadal istnieją duże wyzwania do pokonania poza umieszczeniem kubitów na krzemowym die, ale branża podąża za znanym trendem obserwowanym w przypadku klasycznych komputerów, który ostatecznie prowadzi do standaryzacji i komercjalizacji.

QuantWare’s 25-qubit Quantum Processing Unit

Nowa oferta produktowa Contralto od QuantWare dostarczana jest w standardowym opakowaniu, które jest potrzebne do interfejsu z dzisiejszymi komputerami kwantowymi. Obejmuje to szereg złączy koaksjalnych umieszczonych na górze opakowania, aby wprowadzać/wyprowadzać sygnały RF do/z systemu. Mówiąc „standardowe opakowanie”, nie mamy na myśli BGA czy komponentów SOIC; nowy procesor wygląda podobnie do opakowania pokazanego poniżej.

Sam fakt, że ten produkt jest dostarczany w ładnie wyglądającym płaskim opakowaniu, nie oznacza, że można go po prostu wrzucić na płytę obwodu drukowanego. Istnieją pewne wyzwania, które muszą być najpierw pokonane:

• Nadal musisz wiedzieć, jak zaprojektować swój kwantowy obwód z qubitami. To nie jest typowa sekwencyjna/kombinacyjna logika używana w standardowych procesorach.
• Te urządzenia pracują w temperaturach kriogenicznych, więc twój system będzie potrzebował jednostki kriogenicznego chłodzenia, aby utrzymać części systemu w odpowiedniej temperaturze.
• System kontroli i odczytu potrzebny do sondowania stanów qubitów nie jest dołączony. W tym momencie żadne z tych urządzeń nie jest sprzętem dostępnym od ręki, wszystko jest budowane na zamówienie.

Nie jesteśmy jeszcze na etapie kupowania chipów do kwantowych smartfonów, ale to stanowi ważny rozwój dla branży i pokazuje, jak procesory kwantowe mogą podążać za podobnym trendem rozwoju i komercjalizacji jak procesory klasyczne.

To wszystko prowadzi do pytania, co można zrobić z 25 kubitami? Czy to duża moc obliczeniowa? Szczerze mówiąc, nie jest to duża moc obliczeniowa w porównaniu z dzisiejszymi farmami serwerów czy superkomputerami. Jednak dostęp do takiej ilości mocy kubitowej w małym pakiecie sprawia, że te chipy są ważnymi narzędziami R&D, które pomagają deweloperom budować ku znacznie bardziej realistycznym aplikacjom.

Bóle wzrostu kwantowego

Pod każdym względem przyszłość dla obliczeń kwantowych nadal wygląda jasno, zarówno pod względem wzrostu rynku, rozwoju technologii, jak i zakresu aplikacji dla tych technologii. Obecne szacunki wielkości rynku wahają się od 830 milionów do 5 miliardów dolarów do 2024 roku. Wall Street również wskakuje do gry w obliczenia kwantowe; niektóre z najlepiej znanych startupów obliczeniowych kwantowych zostały wprowadzone na giełdę poprzez fuzje z SPAC wartymi miliardy dolarów w 2021 roku.

W ciągu ostatnich kilku lat odnotowano wiele sukcesów, począwszy od splecionego radaru kwantowego po położenie fundamentów pod internet kwantowy, jednak nadal istnieją sceptycy, którzy uważają, że technologia ta jest przereklamowana. Tego samego dnia, co ogłoszenie QuantWare, MIT opublikował artykuł opinii zatytułowany “Komputery kwantowe mają problem z nadmiernym rozgłosem”, którego autorem jest znany fizyk Sankar Das Sarma, dyrektor Centrum Teorii Materii Skondensowanej na Uniwersytecie Maryland (College Park). Artykuł dr. Sarmy próbuje przywrócić nas do rzeczywistości obecnej technologii kwantowej, podkreślając wyzwania związane ze skalowaniem czegoś takiego jak procesor QuantWare do miliardów kubitów. W szczególności pisze:

Chociaż w dużym stopniu zgadzam się z cytowaną uwagą dr. Sarmy, sprzeciwiłbym się pomysłowi, że technologia kwantowa to same puste słowa i mało substancji, tylko dlatego, że skalowanie jest trudne przy obecnej architekturze procesorów kwantowych. Wyobraź sobie, gdybyśmy mieli takie podejście w latach 50., kiedy rozwijano monolityczne układy scalone w Fairchild, lub ponownie w 2002 roku, kiedy CTO Intela, Pat Gelsinger (obecnie CEO), zauważył, że skalowanie architektury CPU w tamtym czasie wytworzyłoby więcej ciepła niż reaktor jądrowy. Oczywiście istnieją wyzwania skalowania, i nie sądzę, aby było sprawiedliwe ekstrapolowanie niewykonalnej wizji przyszłych komputerów kwantowych na podstawie dzisiejszych wyzwań związanych ze skalowaniem.

Bez względu na to, czy uważasz technologię za przereklamowaną, czy uważasz, że zmieni świat, przemysł posuwa się naprzód z rozwojem kwantowym z imponującą prędkością. Jak dotąd, rynek jest usiany kilkoma dużymi nazwiskami i mnóstwem innowacyjnych startupów. Niektóre z narzędzi rozwojowych i wysiłków branżowych, które wspierają systemy informacji kwantowej, obejmują:

• Języki programowania kwantowego takie jak Q#, QISKit i Pytket
• Rozwój całych stosów aplikacji kwantowych
• Standaryzacja wydajności, terminologii i ewolucji przez IEEE, ISO, IEC oraz inne organy normalizacyjne
• Dostęp do czasu obliczeń kwantowych w chmurze na potrzeby rozwoju aplikacji

Jak widać z powyższej listy, brakuje tylko sprzętu! Inne firmy celują w znacznie wyższe liczby kubitów dla swoich procesorów. Na przykład, procesor IBM o mocy 433 kubitów, Osprey, ma trafić na rynek w tym roku, a jego procesor o mocy 1,121 kubitów, Condor, jest oczekiwany w 2023 roku. Milion-kubitowy święty Graal obliczeń kwantowych ma zajmować tyle miejsca co centrum danych, według startupu kwantowego PsiQuantum.

W miarę rozwoju i zaawansowania możliwości obliczeniowych, Altium Designer® będzie tam z narzędziami projektowymi, których potrzebujesz, aby pozostać na ostrzu technologicznym. Dotknęliśmy tylko powierzchni tego, co jest możliwe do zrobienia z Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.