Это Linux, но в «железе»: полные чертежи квантового компьютера на ионах выложили в сеть — теперь они принадлежат всем

Исследователи факультета естественных наук Университета Ватерлоо и Института квантовых вычислений выбрали для себя путь сотрудничества вместо конкуренции. Их цель — ускорить развитие квантовых компьютеров и всей области квантовой информации за счет открытой работы и общего доступа к технологиям. Для этого они создали некоммерческую организацию Open Quantum Design, которая уже представила полностью открытую квантовую систему полного цикла — от аппаратной части до программного обеспечения.

Open Quantum Design появилась в 2024 году. Проект запустили преподаватели кафедры физики и астрономии и Института квантовых вычислений Кристал Сенко, Раджибул Ислам и Роджер Мелко. Управление организацией взял на себя генеральный директор Грег Дик, выпускник Университета Ватерлоо. Вместе они предложили альтернативу привычной модели, где разработки либо замыкаются внутри университетских лабораторий, либо уходят в стартапы с закрытым кодом и коммерческими ограничениями.

В основе инициативы лежит идея общего пространства для исследований. Команды могут делиться теми наработками, которые считают возможным открыть, не опасаясь давления со стороны инвесторов и прочего. Такой формат позволяет честно показывать прогресс и неудачи и одновременно упрощает вход в сферу для молодых ученых и инженеров. Со временем вокруг платформы уже начали формироваться новые исследовательские проекты и стартапы.

Технологический стек Open Quantum Design охватывает все уровни квантовой системы. В него входят аппаратная платформа, электронные и вычислительные подсистемы управления, а также открытое программное обеспечение. В качестве физической основы используется технология ионных ловушек. Заряженные атомы удерживаются в вакууме и управляются лазерами и электромагнитными полями. В таком состоянии ионы выполняют роль кубитов, взаимодействуя между собой строго контролируемым образом и позволяя хранить и обрабатывать квантовую информацию.

Этот подход опирается на давние традиции сообщества, работающего с ионными квантовыми компьютерами. В этой области принято делиться инженерными решениями и схемами экспериментов. Open Quantum Design развивает эту культуру, переводя ее на уровень открытой инфраструктуры, доступной широкому кругу специалистов.

Сегодня в проекте участвуют более 30 разработчиков программного обеспечения и десятки лабораторных исследователей. Среди них студенты бакалавриата Университета Ватерлоо, участники кооперативных программ, аспиранты и постдокторанты.

Open Quantum Design отказалась от модели индивидуального доступа. Вместо этого организация привлекает институциональных партнеров. Уже подписаны соглашения с Университетом Ватерлоо, компаниями Haiqu и Xanadu, а также с фондом Unitary Foundation. Партнеры получают полный доступ ко всем уровням системы и участвуют в управлении проектом.

Несмотря на столетнюю историю квантовой механики, на практике квантовые компьютеры все еще находятся на раннем этапе развития. В Институте квантовых вычислений параллельно исследуются разные архитектуры. Помимо систем на ионных ловушках, существуют установки на сверхпроводящих кубитах, легко узнаваемые по характерной «люстровой» форме, фотонные квантовые компьютеры, где кубитами служат частицы света, а также спиновые устройства, использующие магнитные свойства электронов, ядер и квантовых точек.

Исследователи подчеркивают, что крайне важно все эти направления развивать параллельно. Результаты, полученные в одной архитектуре, часто помогают лучше понять другую. При этом без долгосрочных вложений в каждую из них невозможно оценить реальные пределы квантовых вычислений.

Помимо ускорения технологического прогресса, платформа решает и кадровую задачу. Открытый доступ к реальному квантовому оборудованию позволяет разработчикам алгоритмов и теоретикам проверять идеи на практике, а не ограничиваться моделированием. Возможно, именно такой формат поможет научному сообществу двигаться быстрее, опираясь на общую базу знаний и технологий, а не начиная каждый раз с нуля.