В розетку, и поехали: Bell-1 ‒ первый квантовый компьютер, который можно взять и купить

Ирландская компания Equal1 представила первый в мире компьютер на гибридном кремниевом чипе. Устройство, названное Bell-1 в честь физика-теоретика Джона Стюарта Белла, отличается компактностью и простотой использования: его масса составляет около 200 килограммов, а для работы достаточно обычной электрической розетки.

Новую систему спроектировали для установки в стандартные серверные стойки центров обработки данных. Благодаря этому Bell-1 можно легко интегрировать в существующую инфраструктуру высокопроизводительных вычислительных комплексов, размещая рядом с традиционными серверами.

Главная особенность разработки – гибридный процессор, где на одном кремниевом кристалле соседствуют классические и квантовые транзисторы. Первые выполняют стандартные вычислительные задачи, вторые служат для создания кубитов – квантовых аналогов обычных битов. В отличие от классического бита, способного находиться только в одном из двух состояний (0 или 1), кубит благодаря принципу квантовой суперпозиции может существовать одновременно в обоих состояниях, что теоретически позволяет производить экспоненциально больше вычислений.

Equal1 использует в своей разработке кубиты на основе спинов электронов в кремнии. Это принципиально отличает Bell-1 от других вычислительных систем, где применяются технологии захваченных ионов или сверхпроводящих кубитов. Спиновые кубиты в кремнии имеют ряд преимуществ: они компактнее, их легче масштабировать, а главное – можно производить на стандартном полупроводниковом оборудовании.

Инженерам удалось значительно уменьшить габариты устройства за счёт инновационной системы охлаждения замкнутого цикла. Она позволяет поддерживать рабочую температуру 0,3 кельвина (около -272,85 градусов Цельсия) без использования громоздких внешних рефрижераторов растворения, которые обычно требуются подобным системам.

Экстремально низкие температуры необходимы для стабильной работы кубитов. При нагреве даже на несколько градусов тепловые колебания нарушают их квантовые состояния, что приводит к ошибкам в результатах операций. Впрочем, некоторые типы квантовых компьютеров способны функционировать и в более тёплых условиях, но технология Equal1 требует глубокого охлаждения для максимальной производительности.

Сейчас Bell-1 располагает всего шестью кубитами, и для решения практических задач этого пока недостаточно. Для сравнения: недавно представленный компанией Google процессор Willow содержит 105 кубитов. Однако у разработки есть важное преимущество – это первая система, доступная для коммерческого использования.

По словам генерального директора Equal1 Джейсона Линча, сочетание квантовых технологий с современными классическими процессорами – самый быстрый путь к созданию вычислительной системы, способной производить расчёты, меняющие мир. Потенциальные области применения таких устройств включают разработку новых лекарств, криптографию, компьютерное моделирование сложных систем и развитие искусственного интеллекта.

Немного об Equal1: она основана в 2018 году как стартап-компания Дублинского университетского колледжа. Сейчас в ней работает около 45 сотрудников. Хотя штаб-квартира остаётся в Ирландии, компания активно развивает присутствие в Нидерландах – одном из мировых лидеров в области квантовых технологий.

Недавно компания получила инвестиции от Нидерландской организации прикладных научных исследований (TNO), а также открыла исследовательский центр рядом с Делфтским техническим университетом, где формируется целый кластер технологических стартапов.

Ведущие технологические компании мира сейчас формируют целые команды специалистов по квантовым вычислениям. Bell-1 станет для них важным инструментом исследований: с его помощью учёные смогут изучать квантовые состояния и разрабатывать методы исправления ошибок. Такие эксперименты необходимы для создания следующего поколения квантовых процессоров с гораздо большей вычислительной мощностью.

Впрочем, конкуренция в этой области стремительно растёт: только за последние месяцы, например, Google представила квантовый чип Willow , Microsoft анонсировала процессор Majorana , а Amazon - разработку под названием Ocelot .