Fujitsu та Riken розробили гибридний квантовий комп'ютер на 64 кубітів

Fujitsu та науково-дослідний інститут Riken у четвер оголосили про успішну розробку другого в Японії квантового комп'ютера.
Новий квантовий комп'ютер використовує технологію, розроблену RIKEN та консорціумом спільних дослідницьких партнерів, включаючи Fujitsu, для першого в Японії надпровідного квантового комп'ютера, який був представлений в березні 2023 року.

Fujitsu та RIKEN також повідомили про запуск платформи для гібридних квантових обчислень, яка поєднує обчислювальну потужність нещодавно розробленого 64-кубітного надпровідного квантового комп'ютера з одним з найбільших у світі 40-кубітним симулятором квантового комп'ютера, теж розробленим Fujitsu.

Fujitsu та RIKEN нададуть нову платформу компаніям та науково-дослідним установам з 5 жовтня 2023 року.

Нова гібридна платформа дозволяє легко порівнювати результати обчислень зашумлених квантових комп'ютерів середнього масштабу (noisy intermediate-scale quantum, NISQ) з безпомилковими результатами квантових симуляторів, що сприяє прискоренню досліджень в таких областях, як оцінка продуктивності алгоритмів мінімізації помилок у квантових додатках.

Fujitsu та RIKEN продовжують розробку гібридного квантового алгоритму, який поєднує суперпровідникові квантові обчислення з високопродуктивними обчисленнями (HPC). Поєднавши квантовий комп'ютер з квантовим симулятором, який працює на HPC, Fujitsu і RIKEN досягли успіху в розробці гібридного квантового алгоритму, який дозволяє проводити квантово-хімічні розрахунки з більшою точністю, ніж звичайні алгоритми. Партнери планують включити цей алгоритм у нову платформу.

В майбутньому Fujitsu та RIKEN сприятимуть розвитку технологій, включаючи реалізацію з високою щільністю для створення надпровідного квантового комп'ютера на 1000 кубітів, а також технологій для досягнення більш точної роботи квантових воріт.

Fujitsu та RIKEN надалі надаватимуть клієнтам ресурси квантових обчислень та квантового моделювання для застосування в різних галузях, включаючи фінанси та розробку ліків.

Розвиток різних архітектур квантових обчислень в останні роки відбувається з високою швидкістю. Однак створення надійних результатів обчислень за допомогою квантових комп'ютерів є постійним викликом, оскільки сучасні системи NISQ все ще страждають від обчислювальних помилок через шум у навколишньому середовищі.

Експерти очікують, що реалізація практичного відмовостійкого квантового комп'ютера (fault-tolerant quantum computer, FTQC), який може забезпечити надійні, точні результати, займе десятиліття або більше. Крім того, одночасна розробка квантових додатків для реалізації практичного використання квантових комп'ютерів після того, як FTQC стане доступним, є ще одним пріоритетом.

Розробники підкреслюють, що квантові симулятори, які можуть імітувати квантові обчислення, забезпечують життєво важливий міст до розвитку практичних, відмовостійких квантових обчислень. На відміну від сучасних квантових комп'ютерів, симулятори можуть виконувати безпомилкові та довготривалі (квантовоподібні) обчислення, оскільки вони не покладаються на схильні до помилок кубіти. Однак, оскільки квантові симулятори лише відтворюють квантові обчислення на класичних комп'ютерах, вони не можуть реалізувати реальне квантове прискорення, яке є очікуваною перевагою практичних квантових комп'ютерів.

Щоб вирішити ці проблеми, Fujitsu та RIKEN запустили нову гібридну платформу для квантових обчислень, яка поєднує переваги надпровідникових квантових комп'ютерів та квантових симуляторів.

Комп'ютер містить інтегрований 64 надпровідний кубітний чіп і використовує вертикальну схему підключення, подібну до схеми квантового комп'ютера RIKEN, що робить його придатним для майбутнього розширення. Він також використовує програмне забезпечення для керування кубітами, створене NTT. Новий надпровідний квантовий комп'ютер дозволяє обчислювати в ідеалі до 2 64 квантових станів суперпозиції та заплутаності, що, як очікується, уможливить обчислення в масштабах, яких було важко досягти за допомогою класичних комп'ютерів.

Fujitsu та RIKEN продовжують розробляти гібридні квантові алгоритми, які об'єднують квантові обчислення та високопродуктивні обчислювальні системи, щоб сприяти розв'язання проблем у різних галузях. В рамках поточного спільного дослідження обидві сторони розробили гібридний квантовий алгоритм, в якому квантовий симулятор виконує частину обчислень алгоритму для квантового комп'ютера.

Алгоритм дозволяє розраховувати великі молекули з високою точністю, використовуючи квантові алгоритми та теорію вбудовування матриці густини (DMET), метод розрахунку квантової хімії, який розділяє великі молекули на безліч дрібних фрагментів. Fujitsu та RIKEN застосували цей алгоритм для розрахунку енергії основного стану молекули H12 (ланцюгової молекули, що складається з дванадцяти атомів водню) і поєднали його з технологією корекції квантових обчислень на основі штучного інтелекту, щоб зменшити вплив шуму у квантових комп'ютерах. Таким чином, Fujitsu та RIKEN вперше підтвердили, що розрахунки такого типу можуть бути виконані з вищою точністю, ніж існуючі класичні алгоритми.

На додаток до надання цієї технології на новій гібридній платформі квантових обчислень у майбутньому, Fujitsu продовжить працювати над реалізацією брокера обчислювального навантаження - програмного забезпечення на основі штучного інтелекту.

Нова платформа реалізована як масштабована хмарна архітектура з використанням хмарних сервісів, таких як AWS Lambda. Вона пропонує компаніям і дослідницьким установам безперешкодне середовище доступу як до квантового комп'ютера, так і до квантового симулятора за допомогою спільних API-інтерфейсів.