Компания IBM впервые реализовала интеграцию двух криогенных модулей в единую систему, предназначенную для будущих квантовых вычислений. Данное устройство, имеющее габариты более 2,4 метра в высоту и ширину, подвергается охлаждению до температуры ниже 15 милликельвинов, что эквивалентно приблизительно -273,135 °C. данным По информации от IBM, данный температурный режим на 180 градусов Цельсия ниже, чем температура глубокого космоса.
Для обеспечения корректной работы сверхпроводящих кубитов требуется достижение столь экстремально низких температур. При повышении температуры тепловой шум приводит к быстрому разрушению их квантового состояния, что обуславливает необходимость размещения процессоров внутри сложных криорефрижераторов с несколькими температурными ступенями, вакуумной изоляцией и обширной управляющей электроникой.
С увеличением количества кубитов ключевым препятствием становится не только поддержание необходимой температуры. Каждый квантовый процессор нуждается в кабелях, разъемах, ослабляющих устройствах, усилителях и другой вспомогательной инфраструктуре. В современных системах на один кубит может приходиться около 2,5 метров кабеля, а при дальнейшем увеличении масштаба это потенциально влечет за собой миллионы соединений. По мнению специалистов отмечают, что делает такую конструкцию все более сложной и менее надежной.
Компания IBM стремится преодолеть эту трудность посредством модульной архитектуры. Новые криогенные блоки предусматривают до двенадцати раз больше места для прокладки кабелей по сравнению с наиболее распространенными квантовыми системами, используемыми компанией. Несколько модулей могут быть расположены рядом и соединены, обеспечивая взаимодействие между квантовыми процессорами посредством технологии L-coupler.
Данные соединения передают микроволновые фотоны между отдельными процессорами, позволяя нескольким чипам функционировать как единая вычислительная система. IBM уже показала возможность выполнения двухкубитных операций через такой канал с точностью 99,3% и планирует довести этот показатель до 99,9%.
По информации на 2027 год, компания намерена объединить несколько процессоров в систему, включающую не менее тысячи программируемых кубитов. Согласно прогнозам IBM, к 2029 году данная криогенная архитектура послужит фундаментом для IBM Quantum Starling – первого, как планируется, квантового компьютера с обеспечением отказоустойчивости.
Таким образом, прогресс в области квантовых вычислений все больше превращается в инженерную задачу, связанную с обеспечением функционирования всего комплекса оборудования. Для увеличения количества кубитов необходимо одновременно масштабировать холодильные установки, кабельную инфраструктуру, управляющую электронику и межпроцессорные соединения. Сам квантовый чип становится лишь одним из компонентов значительно более масштабной и сложной системы.
