IBM соединила два 120-кубитных процессора с точностью передачи 99%

Исследователи IBM соединили два 120-кубитных процессора Nighthawk R1 и добились средней точности передачи квантовых состояний 99%. Эксперимент показал возможность объединять отдельные сверхпроводящие чипы в более крупные системы. Результаты в препринте и пока не прошли независимое рецензирование.

Масштабирование – одна из главных проблем квантовых компьютеров: рост числа кубитов на одном чипе усложняет управление, подключение электроники и подавление ошибок. Альтернатива – объединять несколько небольших чипов, но для этого нужно передавать состояния между процессорами, не разрушая информацию.

Команда IBM использовала четыре соединителя L-coupler. Каждый включает сверхпроводящий алюминиевый коаксиальный кабель длиной 80 см, два перестраиваемых промежуточных кубита и два элемента связи на основе RF-SQUID. Кабели подключены перпендикулярно поверхности процессоров, что позволяет размещать больше соединений. Состояние кубита последовательно переносится через соединитель на кубит другого процессора. Лучший соединитель дал 99,29%: переданное состояние с высокой точностью соответствует исходному.

Для проверки совместной работы чипов выполнили двухкубитные операции CZ, создающие запутанность. Средняя точность межпроцессорных операций – 94,75%, максимальная – 96,42%. Ученые также одновременно создали две запутанные пары через соседние соединители и показали четырех- и шестикубитные состояния GHZ, распределенные между процессорами.

Универсальную систему, способную задействовать все 240 кубитов для произвольных алгоритмов, не показали. Основное ограничение – качество межпроцессорных операций: 94,75% заметно ниже лучших двухкубитных операций внутри современных чипов, а в сложных алгоритмах ошибки накапливаются. На передачу влияют потери когерентности и характеристики соединителей: магнитное поле при охлаждении кабелей существенно ухудшает их параметры.

По дорожной карте IBM рассчитывает объединять до трех модулей Nighthawk в системы на 360 программируемых кубитов. В августе компания представила модульную криогенную архитектуру для размещения и охлаждения нескольких процессоров.