Суперкомпютрите отстъпват: Helios с 96 кубита бележи нова ера
Компанията Quаntіnuum представи ново поколение йонни квантови компютри, наречени Helios, които бележат важна стъпка в развитието на квантовите изчисления. Архитектурата на Helios съчетава уникални инженерни решения с подобрена управляемост и увеличен брой кубити – от 56 на 96 – без това да се отразява на производителността или точността на операциите. Системата отваря нови възможности за моделиране на сложни квантови процеси, включително изследвания на свръхпроводимост.
Основното предимство на йонните и атомни системи е стабилността на кубитите – те не са изкуствено създадени, а всеки атом проявява идентично и предсказуемо поведение. В йонните системи частиците се задържат и преместват чрез електромагнитни полета, което позволява създаване на взаимосвързани мрежи от кубити с висока степен на управляемост. С увеличаването на броя на кубитите обаче инженерите се сблъскват с предизвикателството как ефективно да преместват йоните и да ги свързват за целите на изчисленията, без да губят кохерентността на системата.
В Helios е приложен принципно нов подход: йоните се движат по кръгова „магистрала“ и могат да бъдат насочвани към единия или другия край чрез X-образен възел. Тази схема позволява гъвкаво управление на взаимодействията между кубитите – необходимите йони могат да бъдат премествани в работните зони за извършване на операции и след това да се връщат в „хранилището“. Процесът е подобен на работата на твърдия диск, при който данните циклично преминават през зоните за четене и запис, като по този начин се избягват „задръствания“ и ненужни пермутации, които биха довели до грешки.
Системата за управление се базира на графични процесори и може да анализира състоянието на кубитите в реално време, като коригира командите за движение. За потребителите е създаден актуализиран програмeн интерфейс Girru, базиран на Python, който поддържа условни конструкции и цикли, позволявайки реализация на процедури за корекция на грешки и сложни алгоритми с динамично преразпределение на кубитите. Helios може да работи както с 94 физически кубита при откриване на грешки, така и в режим на 48 логически кубита с корекция – така нареченият „конкатентен“ код, който съчетава двата вида схеми за защита.За да демонстрират възможностите на новата архитектура, изследователите от Quаntіnuum реализираха върху Helios квантовия модел на Ферми-Хъбард, теоретично приближение, използвано за изследване на механизмите на свръхпроводимост. Моделът помага да се разбере как електроните образуват Куперови двойки и преодоляват взаимното отблъскване. Дори при сегашното ниво на грешки в схемите резултатите са близки до перфектните, което според учените е неочаквано откритие. По време на експериментите е изследвана триизмерната решетка от атоми и поведението на материала при излагане на лазерен импулс, който за кратко предизвиква свръхпроводимо състояние при стайна температура.
Helios се превърна в преходен модел между настоящите и бъдещите архитектури на Quаntіnuum. Следващите поколения ще се изграждат върху квадратна решетка, където всяка клетка може да служи като отделна зона за съхранение или изчисления. Опитът, натрупан с X-възела и стабилния йонен транспорт, ще бъде основа за мащабируеми системи, предназначени за стотици и хиляди кубити.
Според представители на Quаntіnuum Helios вече е готов за практическа употреба, а характеристиките му ще бъдат постепенно подобрявани – с повишаване на стабилността на връзките, намаляване на грешките и подобряване на точността на операциите. Разработчиците са уверени, че такива машини не само ще могат да моделират сложни физически процеси, но и да решават задачи, които са извън възможностите на класическите суперкомпютри.
