Спустя два года после инвестирования 50 млн долларов в квантовые исследования, Intel представили первый 17-кубитный чип. В компании отметили, что передадут устройство своим партнерам из исследовательского института QuTech. О том, что представляет собой чип, поговорим далее.
/ Flickr / Walter / CC
Архитектура квантовых компьютеров кардинально отличается от архитектуры современных ПК. Классические вычислительные системы кодируют информацию с помощью битов, в то время как квантовые оперируют кубитами, которые могут быть нулем, единицей, или любым другим значением между ними. Если представить, что бит — это горизонтальная линия, то кубит будет сферой, в пределах которой лежат его значения. Подробнее о квантовых вычислениях можно почитать по ссылкам здесь и тут.
Это свойство делает квантовые компьютеры более подходящими, чем электронные вычислительные системы, для определенного спектра задач: работы с геномом, моделирования сложных молекул и предсказания химических свойств и др.
Одной из особенностей нового 17-кубитного CPU от Intel стал корпус. Оптимальная рабочая температура для кубитов — 20 милликельвин. В компании отмечают, это в 250 раз холоднее, чем в космосе. Новый чип спроектирован таким образом, чтобы он мог выдерживать эту температуру без повреждений.
Новая архитектура также имеет защиту от радиочастотных помех, которые накладывают друг на друга кубиты, и особую схему межсоединений, в 10 раз увеличивающую пропускную способность чипа, по сравнению с классическими проводными контактами. По словам представителей Intel, новая разработка позволит создавать квантовые интегральные схемы. Видео с анбоксингом этого чипа вы можете найти на YouTube-канале QuTech.
Работа Intel и QuTech выходит за пределы простой разработки квантовых устройств. Компании занимаются проектированием всего стека квантовых систем — от кубитных устройств до аппаратной и программной архитектур их контролирующих.
Более того, в Intel исследуют несколько типов кубитов: сверхпроводящие кубиты, задействованные в новом чипе, и спиновые кубиты, теоретически воспроизводимые в кремнии с использованием уже привычных техпроцессов. В компании говорят, что они хотят продлить действие закона Мура.
Intel не единственная компания, которая активно занимается развитием квантовых технологий. Например, ранее в этом году IBM представили 16-кубитный квантовый чип. А Google планирует открыть исследователям доступ к своим квантовым системам в облаке. Компания Rigetti Computing Inc. в начале года собрала 64 млн долларов на разработку квантовой машины, которая обгонит самые мощные суперкомпьютеры в решении некоторых задач.
Канадская компания D-Wave Systems уже заявляет, что построила полнофункциональный квантовый компьютер, хотя их система использует несколько иной метод — квантовый отжиг. Другие компании, включая Microsoft, также сообщают о прогрессе в собственных исследованиях.
Что касается Intel и QuTech, чью основу составляют преподаватели Делфтского технического университета, то сейчас они планируют выяснить, какое программное обеспечение им нужно, чтобы «выжать» максимум из 17-кубитов. Они также начнут искать новые сферы для применения своего чипа.
P.S. Еще пара материалов из нашего блога:
/ Flickr / Walter / CC
Архитектура квантовых компьютеров кардинально отличается от архитектуры современных ПК. Классические вычислительные системы кодируют информацию с помощью битов, в то время как квантовые оперируют кубитами, которые могут быть нулем, единицей, или любым другим значением между ними. Если представить, что бит — это горизонтальная линия, то кубит будет сферой, в пределах которой лежат его значения. Подробнее о квантовых вычислениях можно почитать по ссылкам здесь и тут.
Это свойство делает квантовые компьютеры более подходящими, чем электронные вычислительные системы, для определенного спектра задач: работы с геномом, моделирования сложных молекул и предсказания химических свойств и др.
Одной из особенностей нового 17-кубитного CPU от Intel стал корпус. Оптимальная рабочая температура для кубитов — 20 милликельвин. В компании отмечают, это в 250 раз холоднее, чем в космосе. Новый чип спроектирован таким образом, чтобы он мог выдерживать эту температуру без повреждений.
Новая архитектура также имеет защиту от радиочастотных помех, которые накладывают друг на друга кубиты, и особую схему межсоединений, в 10 раз увеличивающую пропускную способность чипа, по сравнению с классическими проводными контактами. По словам представителей Intel, новая разработка позволит создавать квантовые интегральные схемы. Видео с анбоксингом этого чипа вы можете найти на YouTube-канале QuTech.
Развитие экосистемы
Работа Intel и QuTech выходит за пределы простой разработки квантовых устройств. Компании занимаются проектированием всего стека квантовых систем — от кубитных устройств до аппаратной и программной архитектур их контролирующих.
Более того, в Intel исследуют несколько типов кубитов: сверхпроводящие кубиты, задействованные в новом чипе, и спиновые кубиты, теоретически воспроизводимые в кремнии с использованием уже привычных техпроцессов. В компании говорят, что они хотят продлить действие закона Мура.
Рынок
Intel не единственная компания, которая активно занимается развитием квантовых технологий. Например, ранее в этом году IBM представили 16-кубитный квантовый чип. А Google планирует открыть исследователям доступ к своим квантовым системам в облаке. Компания Rigetti Computing Inc. в начале года собрала 64 млн долларов на разработку квантовой машины, которая обгонит самые мощные суперкомпьютеры в решении некоторых задач.
Канадская компания D-Wave Systems уже заявляет, что построила полнофункциональный квантовый компьютер, хотя их система использует несколько иной метод — квантовый отжиг. Другие компании, включая Microsoft, также сообщают о прогрессе в собственных исследованиях.
Что касается Intel и QuTech, чью основу составляют преподаватели Делфтского технического университета, то сейчас они планируют выяснить, какое программное обеспечение им нужно, чтобы «выжать» максимум из 17-кубитов. Они также начнут искать новые сферы для применения своего чипа.
P.S. Еще пара материалов из нашего блога:
qbertych
Ой какой бред.
А вам не кажется, что между аналоговым и квантовым компьютерами все-таки есть небольшая разница? ;)
В оригинале has apparently been designed in such a way that it can withstand those superlow temperatures — то есть там журналисты тоже ни в зуб ногой, но хайп поддержать-то надо. То, что кубиты при температурах повыше попросту нестабильны, они как-то не подумали.
andrewzhuk
Не ради «войнушки» в комментариях: «могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулем и единицей».
Получается, что у вас «в вакууме» кубиты висят. Посмотрел ссылку, все верно: «The new chip’s packaging has apparently been designed».Не люблю такие «набросы», но ваши статьи почитаю (похоже, что-то интересное).
qbertych
Понимаете в чем проблема. Мы с вами разговариваем о новой технологии — перспективной и в то же время весьма нетривиальной. И вот из-за этой перспективности каждый третий "журналист" пытается что-то о ней написать, не имея при этом ни малейшего понятия, о чем же он пишет. Как результат мы имеем "я прочитал статью из газеты на английском и сейчас ее своими словами перескажу", и это в лучшем случае (если статью на английском нормальные люди писали).
Если бы они этим занимались в узком кругу друзей, проблемы бы не было. Но они лезут со своим словоблудием на адекватные ресурсы и забивают читателям голову. В итоге толковые программисты понимают, что они ничего про квантовые вычисления не понимают, потому что все статьи про них написаны черт знает как, местами противоречат друг другу, и кто там прав — не разберешь.
Вот это мракобесие меня больше всего и пугает.
Смысл кубита правильно раскрыт по вашей ссылке: он может одновременно представлять состояния 0 и 1, поэтому N кубитов позволяют за один такт сделать вычисления для 2N входных значений.
Несложно понять, что это вообще ни разу не то же самое, что "может принимать любое значение между 0 и 1", ибо последнее — это немножно аналоговый компьютер, привет пятидесятые и все такое.
"Чип спроектирован, чтобы выдерживать сверхнизкие температуры" — это просто бред. Я похожими вещами занимался, и в курсе, какие там проблемы со стабильностью чипа при низких температурах (никаких), с дефазировкой кубитов (отсюда и 20 милликельвин), и с соединениями между этими кубитами (в этом и новизна чипа).
aso
Состояния кубитов, скорее — могут быть «композициями» его состояний.
Т.е. некоторой «смесью» состояний, которые, при распаде квантовой неопределённости — принимают конкретные значения с соответствующей этому состоянию вероятностью.
matabili1973
Не такой уж и бред. Я так полагаю, что имеется в виду список фиксированных значений, который зависит от технической реализации кубита. И причем здесь аналоговые компьютеры, если сейчас везде цифровые, которые пользуются той же двоичной логикой?
aso
Соппсна, «квантовый компьютер» есть некоторый аналог именно аналоговой машины, а не компьютера. Правда не все это понимают. паходу.
matabili1973
По-моему, здесь противопоставление некорректное. Аналоговую машину нужно противопоставлять цифровой. Аналоговая машина, в отличие от цифровой, является не перепрограммируемой, а перенастраиваемой, насколько я понимаю. А в цифровой машине результат действий меняется при изменении даже исключительно кода. И те же полупроводниковые машины могут быть как аналоговыми, так и цифровыми.
А здесь идет противопоставление полупроводниковых машин и квантовых. Полупроводник имеет два значимых состояния — электрон и дырка, а квантовый бит имеет таких состояний больше. Современные полупроводниковые машины практически все являются цифровыми. Наверное, можно сделать аналоговую квантовую машину, но можно и цифровую?
aso
«Цифровой компьютер» не содержит алгоритм своего функционирования — программу — в своей структуре, т.е. в порядке соединения его элементов и т.д. Ну т.е. некоторый «базовый» алгоритм функционирования у него имеется — «выбрать команду — исполнить команду — перейти к следующей» и т.д. — но это «основа», из которой строится его «реальный» алгоритм.
«Аналоговый компьютер» содержит алгоритм своего функционирования в схеме соединения своих элементов — «операторов» — или чтотам.
Квантовый компьютер, насколько я знаю — реализует алгоритмы через соединение своих элементов — т.е. он, как раз куда ближе к аналоговому в этом смысле.
Есть цифровые системы подобного устройства — ПЛМки и их развитие — но в отличие от последних, квантовый компьютер реально решает поставленную задачу через кубиты. Т.е. сами кубиты есть некие «решатели», относительно сложно функционирующие и обеспечивающие получение осмысленного решения за счёт правильной «настройки» — что тоже сближает их с «операторами» АВМ.
qbertych
Собственно, я именно про это и говорю — слава богу, что вы не журналист.
quverty
shuhray
Вот здесь пытался популярно объяснить, чем квантовые биты отличаются от обычных («монетки», о которых там говорится, это и есть кубиты)
dxdy.ru/topic119493.html
Простой качественный опыт, не надо знать почти никакой математики.
hurtavy
> 20 миликельвин. В компании отмечают, это в 250 раз холоднее, чем в космосе
Откуда пошла такая мода писать про маленькую температуру «в разы ниже»? Не в разы, а всего на несколько градусов. Ну давайте тогда писать «2 миллиметра, что аж в 500 раз меньше метра»
Кстати, почему они приняли" температуру космоса" за 5 кельвинов?
qbertych
Традиции американской журналистики, для которой консервативность подчас важнее здравого смысла. Сравнение всего и вся с толщиной человеческого волоса — из этой же оперы.
quverty
«Мода» скорее всего идёт из-за третьего начала термодинамики и проблем с охлаждением вблизи абсолютного нуля. Если пытаться описывать положение в терминах вроде «всего на несколько градусов ниже», то можно запросто залететь в нефизическую область ниже абсолютного нуля, хотя бы из-за упомянутой путаницы c «температурой космоса».
vmir88
Всё просто. Это потому, что температура 0К недостижима.
hdfan2
Ох уж этот ужасный космический холод.
timzi
Все еще не понятно, насколько квантовый 17-кубитный компьютер лучше подходит для моделирования многомерных процессов. Хотелось бы увидеть условную сравнительную таблицу: нетбук, специализированная рабочая станция, суперкомпьютер, квантовый компьютер. Возможно в попугаях он значительно длиннее?!
domix32
Попросите QuTech выпустить сравнительный анализ сопоставимых железок, когда те получать свой девайс.
FasT93
17 кубит — достаточно мало для адекватной реализации какого-либо алгоритма, поэтому о преимуществах перед классическим компьютером говорить пока рановато.
1eqinfinity
Вот тут как раз совершенно офигительный свежий подкаст со Стивом Джурветсоном про текущее положение дел с квантовыми компьютерами и про D-Wave: https://after-on.com/episodes/005
PerlPower
Этот чип оперирует настоящими кубитами, где есть квантовая запутанность на физическом уровне или это хардварный эмулятор на традиционных транзисторах?