Япония сделала гигантский шаг вперёд в области технологий квантовых вычислений. Технологический гигант Fujitsu и научно-исследовательский институт RIKEN создали один из самых мощных в мире квантовых компьютеров Quantum Leap — сверхпроводящую систему из 256 кубитов. Этот прорыв в четыре раза увеличивает вычислительную мощность их предыдущей машины из 64 кубитов, выпущенной в 2023 году. Проект, поддержанный Министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии, приближает квантовые вычисления к практическому применению. Начиная с начала 2025 года эта мощная новая система будет доступна компаниям и исследователям по всему миру через гибридную платформу.
Понимание Возможностей квантовых Вычислений
Квантовые компьютеры используют кубиты вместо традиционных битов для обработки информации. В то время как обычные компьютеры используют биты, которые могут быть либо 0, либо 1, квантовые биты могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Это даёт квантовым компьютерам необычайную мощность для определённых типов вычислений. Переход от 64 к 256 кубитам является значительным, потому что мощность квантовых вычислений не увеличивается линейно — она растёт экспоненциально с увеличением количества кубитов. Исследователи продолжают расширять границы с помощью смелых квантовых прогнозов. Quantum Leap не просто в четыре раза мощнее, она на несколько порядков производительнее своего предшественника. Расширенная ёмкость кубитов позволяет исследователям решать гораздо более сложные задачи, которые ранее были им недоступны. Теперь учёные могут моделировать более крупные молекулы, что имеет решающее значение для разработки лекарств и материаловедения. Система также предоставляет платформу для тестирования передовых алгоритмов исправления ошибок, необходимых для того, чтобы квантовые компьютеры были достаточно надёжными для применения в реальных условиях. По мере роста квантовых систем поддерживать качество вычислений становится всё сложнее, поэтому это исследование имеет решающее значение для будущего развития.
Инженерные прорывы в области охлаждения и архитектуры
Для создания системы из 256 кубитов потребовалось преодолеть значительные технические трудности, особенно в области охлаждения. Квантовые компьютеры должны работать при температурах, близких к абсолютному нулю, чтобы поддерживать стабильность кубитов. Несмотря на то, что количество кубитов увеличилось в четыре раза, инженерам удалось разместить новую систему в том же рефрижераторе, который использовался для модели с 64 кубитами. Это стало возможным благодаря достижениям в области термодизайна и управления теплом, которые позволили сбалансировать тепло, выделяемое схемами управления, с мощностью системы охлаждения. Команда разработчиков создала масштабируемую трёхмерную структуру соединений, в которой кубиты расположены в эффективных ячейках по четыре кубита. Эта инновационная архитектура позволяет увеличивать количество кубитов, не требуя полной перестройки системы. Инженерам также пришлось поддерживать сверхвысокий уровень вакуума при экстремально низких температурах. Их успех в соблюдении этих требований является ключевой вехой для дальнейшего развития ещё более крупных квантовых систем и доказывает, что квантовые вычисления можно масштабировать без пропорционального увеличения поддерживающей инфраструктуры.
Гибридный вычислительный подход
Новый квантовый компьютер Quantum Leap не предназначен для работы в одиночку. Он будет интегрирован в гибридную платформу квантовых вычислений Fujitsu и RIKEN, которая сочетает квантовую обработку с традиционными вычислительными методами. Этот гибридный подход в настоящее время считается наиболее практичным способом решения реальных проблем, поскольку он использует преимущества обеих вычислительных парадигм. Классические компьютеры выполняют те части вычислений, в которых они эффективны, а квантовые процессоры — те части, в которых они преуспевают. Платформа будет доступна компаниям и исследовательским институтам по всему миру начиная с первого квартала 2025 финансового года в Японии. Эта доступность знаменует собой важный переход в квантовых вычислениях от чисто академических исследований к практическому применению. Сочетая квантовые и классические подходы, платформа нацелена на решение крупномасштабных задач, которые не под силу современным вычислительным системам. Такой совместный подход может ускорить прорывные разработки в таких областях, как финансы, логистика, материаловедение и фармацевтические исследования.
Дорожная карта Японии по квантовым вычислениям
Quantum Leap из 256 кубитов представляет собой лишь один из этапов амбициозной программы Японии по развитию квантовых вычислений. Компании Fujitsu и RIKEN уже разрабатывают сверхпроводящий квантовый компьютер на 1000 кубитов, который планируется установить в Технологическом парке Fujitsu в 2026 году. Организации продлили соглашение о сотрудничестве до 2029 года, продемонстрировав свою приверженность долгосрочным разработкам и исследованиям в области квантовых вычислений.Проект был профинансирован в рамках флагманской программы MEXT «Квантовый скачок» (Q-LEAP), которая подчёркивает национальную стратегию Японии по развитию квантовых технологий. Компания Fujitsu заявила о своей приверженности «ускоренному практическому применению квантовых компьютеров как с точки зрения аппаратного, так и с точки зрения программного обеспечения». Их стремление сделать квантовые компьютеры большего размера доступными для совместных исследований в различных областях показывает, что квантовые вычисления переходят от теоретической возможности к практическому инструменту.
