Суперкомпьютеры остались в прошлом. 96-кубитный Helios с Python готов решать «неразрешимые» проблемы
Компания Quantinuum представила новое поколение ионных квантовых компьютеров под названием Helios, что ознаменовало важный шаг в развитии квантовых вычислений. Его архитектура сочетает в себе уникальные инженерные решения с улучшенной управляемостью и увеличенным количеством кубитов – с 56 до 96, при этом производительность и точность операций не снизились. Эта разработка открывает путь к более сложным квантовым моделям, включая моделирование сверхпроводимости.
Главное преимущество квантовых систем ионов и атомов состоит в том, что сами кубиты не создаются искусственно — каждый атом идентичен и демонстрирует стабильное поведение. В ионных системах частицы захватываются и перемещаются электромагнитными полями, что позволяет строить взаимосвязанные сети кубитов с высокой степенью управляемости. Однако по мере роста количества кубитов инженеры сталкиваются с проблемой: как эффективно перемещать ионы и соединять их для вычислительных целей, не теряя при этом согласованности системы.
В Гелиосе инженеры Quantinuum реализовали принципиально новый подход: ионы движутся по круговому «шоссе» и могут быть направлены в любой конец через Х-переход. Такая схема позволяет гибко управлять процессом взаимодействия кубитов: необходимые ионы можно перемещать в рабочие зоны для выполнения операций, а затем возвращать в хранилище. Компания сравнивает этот процесс с работой жесткого диска, где данные циклически проходят через область чтения и записи. Благодаря направленному движению ионов избегаются «заторы» и ненужные перестановки, которые могут привести к ошибкам.
Новая система управления основана на графических процессорах и способна анализировать состояние кубитов в режиме реального времени, корректируя команды на лету. Для пользователей создан обновленный API Guppy на базе Python. Он поддерживает условные конструкции и циклы, что позволяет реализовать процедуры исправления ошибок и сложные алгоритмы с динамическим перераспределением кубитов. Гелиос может работать как в 94 физических кубитах в режиме обнаружения ошибок, так и в режиме 48 логических кубитов с коррекцией — это так называемый «конкатенативный» код, объединяющий два типа схем защиты.
Чтобы продемонстрировать возможности новой архитектуры, исследователи Quantinuum реализовали на Гелиосе квантовую модель Ферми-Хаббарда — теоретическое приближение, используемое для изучения механизма сверхпроводимости.. Модель помогает понять, как электроны образуют куперовские пары и преодолевают взаимное отталкивание. Даже при нынешнем уровне ошибок в схемах результаты близки к идеальным, что, по словам ученых, является неожиданным открытием. В ходе экспериментов им удалось изучить трехмерную решетку атомов и поведение материала при воздействии лазерного импульса, который на короткое время индуцирует сверхпроводящее состояние при комнатной температуре.
Helios стал переходной моделью между предыдущей и будущей архитектурой Quantinuum. Следующие поколения, согласно дорожной карте компании, будут построены на квадратной сетке, где каждая ячейка может служить отдельным хранилищем или вычислительной зоной. Опыт, полученный от X-узла и стабильного ионного транспорта, ляжет в основу масштабируемых систем, рассчитанных на сотни и тысячи кубитов.
По словам представителей Quantinuum, Helios уже готов к практическому использованию, но его возможности будут постепенно улучшаться.. В планах компании повысить стабильность соединений, снизить количество ошибок и повысить точность операций. Разработчики уверены, что такие машины смогут не только моделировать сложные физические процессы, но и решать задачи, которые уже выходят за рамки возможностей классических суперкомпьютеров.
