В японском городе Окадзаки заработал Shunkai, первый в стране полнофункциональный квантовый компьютер на нейтральных атомах. Система начинает работу примерно с 50 кубитами и не требует криогенного холодильника, который нужен большинству квантовых машин на сверхпроводящих схемах.
Главное отличие Shunkai не в количестве кубитов. Разработчики собрали в одной системе все уровни, необходимые для реальной работы: пользователь передаёт программу, программное обеспечение переводит её в управляющие команды, квантовый процессор выполняет вычисление, а затем система возвращает результат. Hitachi разработала программную часть, американская Infleqtion поставила квантовый процессор.
Вместо сверхпроводящих электрических цепей Shunkai использует отдельные нейтральные атомы. Каждый атом играет роль кубита, а сфокусированные лазерные лучи работают как оптические пинцеты и удерживают частицы в нужных точках. Микроволновые и лазерные импульсы меняют квантовые состояния атомов, после чего камера считывает результат по их флуоресценции.
Такой подход позволяет обойти одно из самых неудобных ограничений сверхпроводящих квантовых компьютеров. Сверхпроводящие кубиты приходится охлаждать до температуры всего на доли градуса выше абсолютного нуля, поэтому вокруг небольшого процессора вырастает сложная криогенная установка. Shunkai работает без подобного холодильника, а аппаратура может находиться при комнатной температуре.
Нейтральные атомы дают ещё одно преимущество. Во время вычисления их можно перемещать и менять расположение кубитов под конкретный алгоритм. Разработчики таким способом могут связывать нужные пары атомов квантовой запутанностью, вместо того чтобы заранее ограничивать взаимодействия физической разводкой процессора.
Первые версии Shunkai будут использовать около 50 физических кубитов. Затем разработчики рассчитывают увеличить систему примерно до 500 кубитов и частично открыть доступ внешним пользователям, чтобы проверять прикладные алгоритмы и методы коррекции ошибок. Последняя задача остаётся одной из главных проблем всей отрасли: квантовые состояния легко разрушают шум, неточность управляющих импульсов и взаимодействие с окружающей средой.
К марту 2031 года японская программа Moonshot планирует довести архитектуру до 10 000 физических кубитов и добавить полноценные механизмы обнаружения и исправления квантовых ошибок. Разработчики хотят получить отказоустойчивую машину, способную достаточно долго выполнять сложные вычисления и принимать задания от внешних пользователей.
Цифра в 10 000 кубитов пока остаётся целью, а не характеристикой запущенной системы. Текущая версия располагает примерно 50 кубитами, и разработчики не опубликовали результаты производительных испытаний или данные, которые позволили бы напрямую сравнить Shunkai с наиболее мощными квантовыми компьютерами других типов. Поэтому запуск показывает прежде всего готовность всей цепочки от программы до физического вычисления, а не новое достижение по скорости или числу кубитов.
В дальнейшем Shunkai планируют объединить с существующей суперкомпьютерной инфраструктурой и графическими ускорителями. Такая схема позволит классическим процессорам выполнять обычные части задачи, а квантовому процессору передавать только расчёты, для которых квантовая архитектура потенциально даёт преимущество.
