IBM har framgångsrikt integrerat och kylt två kryogena moduler i en enda delad miljö, ett steg som företaget kallar avgörande för att skala upp kvantsystem som så småningom kan länka hundratals kvantchips. Prestationen stöder IBMs uttalade tidslinje för att leverera IBM Quantum Starling år 2029, ett system som företaget förväntar sig ska vara den första feltoleranta kvantdatorn, som innehåller framsteg inom felkorrigering, processordesign, avkodning och övergripande systemteknik.
Interiören i IBMs skalbara och modulära kryogena system för att stödja feltolerant kvantberäkning. (Bild: IBM)
Den kombinerade tvåmodulsuppsättningen mäter mer än 8 meter hög och 8 meter bred. Under den inledande testningen kyldes modulerna samman till 4 Kelvin, temperaturen för flytande helium, på under fem dagar, och nådde sedan under 15 millikelvin kort därefter, mer än 180 gånger kallare än i rymden. Varje moduls vakuumhölje ger upp till 12 gånger mer ledningsutrymme än de mest använda IBM-kvantsystemen, en designändring som syftar till att stödja en högre täthet av chip-till-chip-anslutningar både inom enskilda moduler och mellan länkade moduler.
Modulerna använder en lådformad design som gör att flera enheter kan anslutas i en tät rad. Denna layout, i kombination med det extra interna kopplingsutrymmet, möjliggör direkt länkning av kvantprocessorer via IBMs L-kopplarteknik. L-kopplare kopplar samman separata kvantchips, vilket gör att de kan utbyta information och fungera tillsammans som komponenter i en större kvantdator.
Länkar 1 000 qubits
IBMs färdplan kräver att L-kopplare ska kunna ansluta flera processorer till ett kombinerat system med minst 1 000 programmerbara qubitar senast 2027. Programmerbara qubitar är de som kan tillämpas direkt på beräkningar. Som en del av denna satsning planerar IBM att installera sina Quantum Nighthawk-processorer i de kryogena modulerna senare i år för att fortsätta prestandatestningen. När Starling når driftsättning avser IBM att varje kryogen modul ska innehålla tusentals qubitar.
IBM redogjorde först för sina planer för Starling förra året och introducerade en felkorrigeringskod utformad för att avsevärt minska den fysiska resurskostnaden som krävs för feltolerans. Sedan det tillkännagivandet har företaget rapporterat fortsatta framsteg, inklusive demonstrationer av centrala hårdvarukomponenter och framsteg inom effektivare felkorrigeringsavkodning.
Interiören i IBMs skalbara och modulära kryogena system för att stödja feltolerant kvantberäkning. (Bild: IBM)
Snabbare utvecklingscykel
”Att få in feltoleranta kvantdatorer i industrin är beroende av flera grundläggande framsteg”, säger Jay Gambetta, chef för IBM Research och IBM Fellow. ”Den framgångsrika anslutningen och driften av dessa kryogena moduler signalerar ett språng framåt i den riktningen och kommer att accelerera våra framsteg tillsammans med fortsatt innovation inom kvanthårdvara, programvara och algoritmer.”
IBM förväntar sig att den modulära kryogena arkitekturen ska påskynda utvecklingscykeln. Tre kärnkomponenter i System Two-miljön är nu inbyggda i den nya moduldesignen, vilket gör att varje komponent kan testas, förfinas och itereras oberoende av varandra snarare än som en del av en enda integrerad enhet. IBM framställer den färdiga modulintegrationen som bevis på att de fortsätter att exekvera mot sin publicerade kvantumfärdplan, vilket undanröjer ytterligare ett tekniskt hinder på vägen mot feltolerant kvantberäkning.
Amazon