Подготовьтесь к Пользовательским Квантовым Процессорным Устройствам

Каждый раз, когда компания стремится развиваться на переднем крае технологий, это требует огромных усилий с нуля. В области квантовых вычислений это по-прежнему актуально; компаниям, желающим работать в этой сфере технологий, приходится создавать практически все с нуля. Но сегодня индустрия сделала важный шаг в сторону ускорения разработки квантовых устройств.

28 марта 2022 года голландская компания QuantWare объявила, что заинтересованные клиенты могут приобрести на заказ квантовые процессорные устройства на 25 кубитов (QPU), которые они назвали Contralto. Это последовало за объявлением июля 2021 года о процессоре на 5 кубитов, доступном «с полки». Компания утверждает, что на заказ изготовленное устройство Contralto может быть изготовлено, упаковано и доставлено клиентам всего за 30 дней. Это впечатляющий шаг вперед для зарождающейся индустрии, которая имеет потенциал решить некоторые из самых сложных вычислительных проблем.

Хотя объявление впечатляет, как и сама идея квантовых устройств в целом, такие объявления следует оценивать на фоне текущего состояния квантовых технологий в целом. Еще предстоит решить множество серьезных проблем, помимо размещения кубитов на полупроводниковом кристалле, но индустрия следует знакомому тренду, наблюдаемому в случае классических компьютеров, который в конечном итоге приводит к стандартизации и коммерциализации.

QuantWare представляет 25-кубитный квантовый процессорный блок

Новое предложение продукта Contralto от QuantWare поставляется в стандартной упаковке, необходимой для взаимодействия с современными квантовыми компьютерами. Это включает в себя массив коаксиальных разъемов, расположенных на верхней части упаковки для подачи/вывода РЧ сигналов из системы. Говоря о "стандартной упаковке", мы не имеем в виду BGA или SOIC компоненты; новый процессор выглядит аналогично упаковке, показанной ниже.

Тот факт, что этот продукт поставляется в красивой плоской упаковке, не означает, что его можно просто установить на печатную плату. Сначала необходимо преодолеть некоторые трудности:

• Вам все еще нужно знать, как спроектировать ваш квантовый контур с кубитами. Это не типичная последовательная/комбинационная логика, используемая в стандартных процессорах.
• Эти устройства работают при криогенных температурах, поэтому вашей системе потребуется криогенная холодильная установка для поддержания соответствующей температуры в частях системы.
• Система управления и считывания, необходимая для исследования состояний кубитов, не включена. На данный момент ни одно из этих устройств не является товаром с полки, все они изготавливаются на заказ.

Мы еще не на том этапе, когда начнем покупать чипы для квантовых смартфонов, но это представляет собой важное развитие для индустрии и показывает, как квантовые процессоры могут следовать аналогичному тренду развития и коммерциализации, что и классические процессоры.

Это заставляет задуматься, что можно сделать с 25 кубитами? Это много вычислительной мощности? Честно говоря, нет, это не много вычислительной мощности по сравнению с сегодняшними серверными фермами или суперкомпьютерами. Однако доступ к такому количеству кубитов в маленьком пакете делает эти чипы важными инструментами для исследований и разработок, которые помогают разработчикам двигаться к гораздо более реалистичным приложениям.

Проблемы роста квантовых технологий

По любым меркам, будущее для квантовых вычислений выглядит светлым, как с точки зрения роста рынка, так и развития технологий, а также широты применения этих технологий. Текущие оценки размера рынка варьируются от 830 миллионов до 5 миллиардов долларов к 2024 году. Уолл-стрит также включается в игру квантовых вычислений; некоторые из наиболее известных стартапов в области квантовых вычислений были выведены на публику через слияния с SPAC на миллиарды долларов в 2021 году.

За последние несколько лет были достигнуты значительные успехи, начиная от квантового радара в запутанном состоянии до заложения основ для квантового интернета, однако все еще существуют скептики, считающие, что технология переоценена. В тот же день, когда было сделано объявление QuantWare, MIT опубликовал статью-мнение под названием “У квантовых вычислений проблема с хайпом”, написанную известным физиком Санкаром Дасом Сармой, директором Центра теории конденсированного состояния в Университете Мэриленда (Колледж Парк). Статья доктора Сармы пытается вернуть нас к реальности современных квантовых технологий, подчеркивая проблемы масштабирования чего-то вроде процессора QuantWare до миллиардов кубитов. В частности, он пишет:

Хотя я в целом согласен с цитируемым замечанием доктора Сармы, я бы возразил против идеи, что квантовые технологии - это всё шумиха и мало сути, просто потому, что масштабирование сложно с текущей архитектурой квантового процессора. Представьте, если бы у нас было такое отношение в 1950-х годах, когда в Fairchild разрабатывались монолитные интегральные схемы, или снова в 2002 году, когда технический директор Intel Пэт Гелсингер (теперь генеральный директор) отметил, что масштабирование архитектуры ЦП в то время приведет к выделению тепла больше, чем в ядерном реакторе. Очевидно, есть проблемы с масштабированием, и я не думаю, что справедливо экстраполировать невыполнимое видение будущих квантовых компьютеров на основе сегодняшних проблем с масштабированием.

Независимо от того, считаете ли вы технологию переоцененной или считаете её изменяющей мир, отрасль движется вперед с впечатляющей скоростью в разработке квантовых технологий. Пока что рынок усеян несколькими крупными именами и множеством инновационных стартапов. Некоторые из инструментов разработки и отраслевых усилий, поддерживающих системы квантовой информации, включают:

• Квантовые языки программирования, такие как Q#, QISKit и Pytket
• Разработка полных стеков квантовых приложений
• Стандартизация производительности, терминологии и эволюции органами стандартизации IEEE, ISO, IEC и другими
• Доступ к времени квантовых вычислений в облаке для разработки приложений

Как мы видим из приведенного выше списка, отсутствует только аппаратное обеспечение! Другие компании нацелены на значительно большее количество кубитов для своих процессоров. Например, процессор IBM на 433 кубита Osprey должен появиться на рынке в этом году, а процессор на 1,121 кубит Condor ожидается в 2023 году. Миллион кубитов - священная цель квантовых вычислений, предполагается, что она будет занимать столько же места, сколько и центр обработки данных, согласно стартапу в области квантовых вычислений PsiQuantum.

По мере развития и совершенствования вычислительных возможностей Altium Designer® будет с вами, предоставляя инструменты проектирования, необходимые для работы на переднем крае технологий. Мы только начали осваивать возможности использования Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.