IBM представили новый квантовый чип на 156 кубитов

Ученые IBM совершили прорыв в области квантовых вычислений, представив систему, которая, достаточно мощна для проведения значимых научных исследований. Это достижение стало результатом интенсивной работы над совершенствованием как аппаратного обеспечения, так и программного обеспечения.

Сердцем этой системы является новый 156-кубитный квантовый процессор (QPU) второго поколения R2 IBM Heron. Улучшения коснулись не только увеличения числа кубитов, но и значительно повысили их когерентность, что критически важно для проведения сложных вычислений.

Когерентность – это способность кубита сохранять своё квантовое состояние, прежде чем оно декогерируется (теряет свою квантовую информацию) под воздействием внешних факторов, таких как шум и тепловые флуктуации. Более высокая когерентность означает, что кубиты могут хранить информацию и участвовать в вычислениях в течение более длительного времени, что приводит к большей точности результатов. 

R2 Heron не просто увеличивает количество кубитов, но и изменяет их расположение. Кубиты размещены в тяжелой гексагональной решетке, что оптимизирует взаимодействие между ними и снижает вероятность ошибок. Эта топология, выбранная не случайно, минимизирует влияние шума и позволяет более эффективно управлять квантовыми битами. Такая структура напоминает соты пчелиного улья, где каждый кубит имеет несколько прямых соседей, что упрощает создание сложных квантовых цепей. В сравнении с предыдущими прямоугольными решетками, гексагональная обеспечивает более высокую плотность связи и меньшую дистанцию между кубитами.  

Но аппаратное обеспечение – это лишь половина успеха. Для эффективной работы квантового компьютера необходимо соответствующее программное обеспечение. IBM разработала Qiskit – обширный набор инструментов и алгоритмов, предназначенных для оптимизации производительности квантовых вычислений. Qiskit позволяет программистам разрабатывать и выполнять квантовые алгоритмы, используя интуитивно понятный интерфейс. Он включает в себя библиотеки для симуляции квантовых цепей, оптимизации параметров алгоритмов и управления аппаратными ресурсами. Более того, Qiskit предоставляет возможности для гибридных вычислений, сочетающих квантовые и классические вычислительные ресурсы.  

Результаты бенчмаркинга демонстрируют впечатляющее ускорение работы новой системы. Задача, требовавшая 122 часов работы на предыдущем поколении квантовых компьютеров, была выполнена новой системой всего за 2,4 часа – более чем пятидесятикратное ускорение.