Мы вошли в квантовую лабораторию IQM, чтобы стать свидетелями нового компьютерного рубежа

      “Будущее здесь”, - гласит светящаяся неоновая вывеска на входе в квантовый центр обработки данных IQM в Мюнхене. Это смелое заявление, но финский стартап полон решимости его выполнить.

      Справа от входной вывески находится массивная металлическая дверь синего цвета. Мой ведущий, физик Фрэнк Деппе, руководитель подразделения квантовой обработки данных (QPU) компании IQM, приглашает меня внутрь.

      Открытый в прошлом году в рамках европейской экспансии IQM, этот центр располагает шестью ультрасовременными сверхпроводящими квантовыми компьютерами, которые используются для собственных исследований компании и предлагаются в качестве облачного сервиса ученым по всему миру.

      Мюнхенский центр квантовых данных IQM. Автор: Сион Гешвиндт

      Мое первое впечатление — это звук: низкое, ровное мурлыканье, прерываемое причудливым ритмичным шумом. Как я позже выяснил, это было сердцебиение квантового компьютера.  

      Последние новости европейской технологической сцены, история от нашего мудрого старого основателя Бориса и несколько сомнительных работ с искусственным интеллектом. Это бесплатно, каждую неделю, в вашем почтовом ящике. Зарегистрируйтесь прямо сейчас!Однако центральным элементом центра обработки данных являются криостаты — сооружения, похожие на золотые люстры, которые в представлении общественности стали синонимом квантовых вычислений. 

      Криостаты состоят из сложной системы проводов из позолоченной латуни и меди, которые передают микроволновые сигналы на QPU или “чип”, расположенный прямо в нижней части люстры. Эти микроволновые импульсы позволяют ученым контролировать кубиты на чипе и манипулировать ими, а также, в свою очередь, запускать алгоритмы для выполнения квантовых вычислений. 

      Сложная проводка внутри криостата передает микроволновые импульсы на квантовый чип. Автор: Сион Гешвиндт

      Однако, чтобы все это заработало, сверхпроводящие квантовые компьютеры должны быть охлаждены до температуры, близкой к абсолютному нулю (или -273,15 градуса по Цельсию). Это делает подобные устройства одними из самых холодных во Вселенной.

      Кубиты, которые являются основными единицами информации в квантовом компьютере, невероятно чувствительны к теплу, вибрации, случайным частицам или электромагнитным сигналам. "Даже малейшее нарушение может привести к ошибкам или полностью стереть информацию", - говорит Фрэнк, обводя нас жестом, как будто он может видеть волны и частицы, летающие по комнате.   

      Однако при сверхнизких температурах сверхпроводящие материалы полностью теряют электрическое сопротивление, что позволяет кубитам сохранять свои тонкие квантовые свойства. Но сверххолодных материалов недостаточно - кубиты также нуждаются в почти идеальной изоляции от других частиц в воздухе. Вот почему криостаты помещают в вакуумную камеру из толстого металла, которая помогает защитить кубиты от помех.

      Во время работы криостат находится внутри вакуумной камеры со сверхохлаждением, что делает подобные устройства одними из самых холодных в известной Вселенной. Автор: Сион Гешвиндт (Siôn Geschwindt)

      Каждая машина оснащена серьезным промышленным оборудованием. Одним из самых крупных компонентов оборудования в лаборатории является криогенная система. Он состоит из сети компрессоров, резервуаров, насосов и труб и предназначен для перекачки жидкого гелия для переохлаждения криостата. Гелиевый компрессор издает характерный ритмичный звук квантового компьютера — сам криостат работает абсолютно бесшумно.

      Кроме того, рядом с каждым криостатом расположены серверы. Они обеспечивают точное управление и поддержку инфраструктуры, которая позволяет эффективно работать тонким квантовым системам. Они также генерируют специальные микроволновые импульсы, необходимые для поддержания стабильности кубитов. 

      Да, даже квантовым компьютерам будущего для работы понадобятся классические компьютеры, говорит Фрэнк. 

      Для примера классического электронного кабинета требуется запустить один из квантовых компьютеров IQM. Автор: IQM

      Я был поражен невероятным количеством инфраструктуры, необходимой для питания квантового чипа размером чуть больше моего ногтя. Но все эти технологии необходимы — они защищают хрупкие кубиты, но при этом позволяют манипулировать ими. 

      “Вам нужно изолировать кубиты от окружающей среды, но при этом контролировать их”, — говорит Фрэнк. “Это инженерный парадокс квантовых вычислений”. 

      Использование субатомного мира квантовой механики с такими явлениями, как суперпозиция и запутанность, для выполнения полезных вычислений является одной из самых сложных задач в современной науке. На протяжении десятилетий это ставило исследователей в тупик. Но сейчас, после многих лет неуклонного прогресса, мы как никогда близки к созданию приложений, которые могут изменить мир, и отдача от них может быть огромной.

      На пути к квантовому преимуществу

      Ожидается, что квантовые компьютеры будущего будут решать задачи, которые находятся далеко за пределами досягаемости самых мощных суперкомпьютеров современности — это так называемое “квантовое преимущество”. Эти машины могут моделировать сложные молекулы для создания лекарств, разрабатывать новые материалы, начиная с атомарного уровня, и революционизировать логистику и финансы, решая масштабные задачи оптимизации. Они также могут взломать все интернет-шифрование в так называемый Q—день - так что риски тоже есть.

      Однако большинство экспертов сходятся во мнении, что для проведения подобных вычислений нам понадобится система емкостью 1 миллион кубитов и более, а до этого еще далеко.

      В настоящее время мы живем в так называемую шумную квантовую эпоху среднего масштаба (NISQ), когда у нас есть небольшие квантовые компьютеры, которые могут проводить реальные эксперименты, но все еще слишком “шумные” и подверженные ошибкам, чтобы сделать что-то по-настоящему новаторское.

      В настоящее время объем квантовых процессоров IQM составляет от шести до 50 кубитов. В следующем году компания планирует выпустить более крупную систему с 54-150 кубитами под названием Radiance, которая, по ее словам, “проложит путь” к квантовому преимуществу (когда квантовый компьютер сможет решить проблему, недоступную классическому компьютеру). Компания надеется создать систему на 1 миллион кубитов к 2033 году. 

      Один из открытых криостатов IQM. Чип размещен за металлическим цилиндром в нижней части люстры. Фото: IQM

      Компания IQM со штаб-квартирой в Хельсинки построила бизнес, основанный на оказании помощи исследователям в обучении и управлении небольшими системами до того, как более крупные станут коммерчески доступными. Используя эти машины, ученые уже могут исследовать квантовые алгоритмы, разрабатывать аппаратное обеспечение и прототипы решений для конкретных задач, таких как моделирование климата или разработка лекарств. 

      Основанная в 2018 году, IQM на сегодняшний день привлекла $210 млн, что делает ее второй по объему финансирования компанией по квантовым вычислениям в Европе. По данным Bloomberg, стартап также ведет переговоры о привлечении нового капитала на сумму более 200 млн долларов, в результате чего его общая сумма превысит 400 млн долларов. В июне соучредитель и генеральный директор компании Ян Гетц поделится своим видением квантового будущего Европы на конференции TNW.

      Компания IQM, расположенная в процветающей экосистеме квантовых стартапов Финляндии, на сегодняшний день построила более 30 полноценных квантовых компьютеров на своем предприятии в Эспоо, к западу от столицы страны, Хельсинки. Здесь также находится единственный в Европе частный завод по производству квантовых чипов. 

      Инес Де Вега, вице-президент по инновациям IQM, рассказала TNW, что ее квантовые процессоры обладают “аналогичной, если не лучшей, производительностью с точки зрения надежности”, чем у IBM, которую часто считают мировым лидером в области квантовых технологий. Под точностью понимается точность, с которой квантовый компьютер может выполнять операции с кубитами без ошибок, что является критическим показателем для создания надежных и масштабируемых квантовых систем. 

      В штаб-квартире IQM в Эспоо, Финляндия, находится единственное в Европе предприятие по производству квантовых чипов. Фото: IQM

      Хотя IQM является одним из самых известных квантовых стартапов в Европе, он далеко не одинок. В настоящее время на континенте насчитывается 122 компании, занимающиеся квантовыми вычислениями, совокупная стоимость которых, по данным дилерского центра, составляет почти 13 миллиардов долларов.  

      Британская компания Quantinuum получила наибольшее финансирование, собрав 647 миллионов долларов при оценке в 5 миллиардов долларов. Вместо того чтобы использовать переохлаждаемые сверхпроводящие схемы, Quantinuum разрабатывает квантовые компьютеры на захваченных ионах, в которых в качестве кубитов используются электрически заряженные атомы, управляемые лазерами. Среди других европейских знаменитостей - французский стартап Pasqal и британская Oxford Quantum Circuits. 

      В США технологические гиганты, такие как IBM, Google, Amazon, Microsoft и Intel, а также хорошо финансируемые стартапы, такие как PsiQuantum, стремятся расширить возможности своих собственных квантовых компьютеров и снизить частоту ошибок. 

      Во всем мире более 30 правительств обязались выделить более 40 миллиардов долларов государственного финансирования на развитие квантовых технологий, которые планируется внедрить в течение следующего десятилетия.

      Как частный, так и государственный секторы стремятся к святому граалю: отказоустойчивому квантовому компьютеру, достаточно мощному и стабильному, чтобы выполнять сложные алгоритмы с минимальными ошибками. Согласно общедоступной дорожной карте, IQM стремится достичь этого к 2030 году.

      Оценка IQM оптимистична. В феврале генеральный директор Google Сундар Пичаи заявил, что, по его мнению, “практически полезные” квантовые компьютеры появятся через пять-десять лет. Месяцем ранее Дженсен Хуанг (Jensen Huang) из Nvidia предположил, что у нас впереди еще как минимум 15 лет — комментарий, из-за которого акции quantum резко упали.

      Правда в том, что никто точно не знает, когда мы этого добьемся. Но ясно одно: достижение квантовой финишной черты потребует многих лет экспериментов, итераций и инженерных прорывов. Эта работа уже ведется в таких лабораториях, как IQM, где границы физики расширяются по одному кубиту за раз.

      На конференции TNW 19 июня генеральный директор и соучредитель IQM Ян Гетц присоединится к Эльвире Шишениной, старшему директору Quantinuum, и Тому Хенрикссону, генеральному партнеру OpenOcean, для участия в панельной дискуссии на тему “Квантовая гонка: может ли Европа обеспечить себе лидерство в квантовой науке?”. Билеты на мероприятие уже поступили в продажу. Используйте код TNWXMEDIA2025 при регистрации, чтобы получить скидку 30% от стоимости.