Компания QuantWare всего за год своего существования смогла наладить производство собственных 5-кубитовых сверхпроводниковых квантовых процессоров Soprano, и теперь предлагает приобрести их всем, кто пожелает. Доступность квантовых процессоров, по мнению разработчиков, позволит значительно ускорить внедрение квантовых вычислений.
Квантовые чипы в розницу
Голландский стартап QuantWare, который специализируется на разработке аппаратных решений для квантовых вычислений, объявил о начале коммерческих продаж 5-кубитовых квантовых процессоров на основе сверхпроводников (superconducting processor for quantum computers, QPU) любому, кто пожелает их приобрести. В отличие от большинства других производителей, предлагающих квантовые услуги преимущественно в виде облачного сервиса, QPU QuantWare можно заказать в виде отдельного изделия.
Предлагаемый для приобретения 5-кубитный квантовый процессор Soprano собственной разработки QuantWare выполнен на трансмонах – зарядовых кубитах на основе сверхпроводящих проводников, обеспечивающих значительное снижение чувствительности к зарядовому шуму. Аналогичные технологии используются в квантовых системах Google, IBM и Rigetti.
Интересно, что цену своего квантового процессора Soprano компания не сообщает. Предзаказ на процессор можно оставить на сайте QuantWare, срок выполнения заказа заявлен в пределах 30 дней.
В пресс-релизе, опубликованном на сайте QuantWare 15 июня 2021 г., подчеркивается, что «впервые в мире сверхпроводниковый квантовый процессор доступен «с полки» (off the shelf). По мнению разработчиков, это «потенциально позволит ускорить революцию квантовых вычислений».
5-кубитный процессор на трансмонах
Компании, интересующиеся экспериментами в области квантовых вычислений, зачастую сталкиваются с высоким барьером начальных инвестиций в разработку и производство собственных компонентов кубитов.
«Наш QPU Soprano – это то, чем был Intel 4004 для полупроводникового рынка», – сказал соучредитель QuantWare Маттейс Райлаарсдам (Matthijs Rijlaarsdam). – Сверхпроводящие кубиты легко настраиваемы, просты в управлении и масштабировании. Такая практичность безусловно делает сверхпроводящие квантовые процессоры наиболее вероятным кандидатом для приложений квантовых вычислений в краткосрочной перспективе».
5-кубитный квантовый процессор QuantWare Soprano имеет настраиваемую топографию кубита. Список настраиваемых функций включает фильтры Перселла, воздушные мосты и запатентованную QuantWare конфигурацию сверхпроводящих кремниевых переходов.
По данным компании, квантовый процессор Soprano сможет обеспечить точность работы каждого кубита на уровне 99,9%, что достаточно для контролируемого уровня ошибок. По мнению разработчиков, пяти кубитов достаточно для потенциальных клиентов, которых QuantWare рассчитывает привлечь из числа исследовательских лабораторий институтов и университетов.
В настоящее время технологии квантовых вычислений с применением сверхпроводимости считаются ведущим, наиболее зрелым и перспективным способом создания квантовых процессоров. Именно с помощью сверхпроводящих квантовых процессоров компании Google удалось достичь «квантового превосходства» еще в 2019 г.
Технология трансмонов – сверхпроводящих зарядовых кубитов, была впервые разработана в 2007 г. специалистами Йельского университета. Термин «трансмон» (Transmon) является аббревиатурой определения «Transmission line shunted plasma oscillation qubit» (плазменный колебательный кубит, шунтированный по линии передачи).
Производство кубитов на основе трансмонов завоевало популярность за счет того, что оно совместимо с технологиями изготовления традиционных процессоров. Квантовых чипы на трансмонах также могут управляться сигналами миллиметрового диапазона радиоволн. Минусом технологии является необходимость применения специального холодильного оборудования и охлаждения сверхпроводников жидким гелием до температур, близких к абсолютному нулю, что повышает требования к радиочастотному оборудованию для обмена сигналами между охлажденным процессором и управляющей аппаратурой, работающей при комнатной температуре.
До сих пор квантовые процессоры в силу их дороговизны доступны преимущественно крупным компаниям, таким как IBM и Google, которые занимают доминирующее положение в области разработки технологий квантовых вычислений. Сверхпроводниковый квантовый процессор QuantWare, уверяют в компании, устраняет этот барьер, сравнивает шансы для исследовательских коллективов любого масштаба, и в перспективе может стать инструментом для ускоренного развития рынка квантовых вычислений.
«Гонка в области прикладных квантовых вычислений набирает скорость, но все еще доступна лишь небольшой группе компаний, – сказал соучредитель QuantWare доктор Алессандро Бруно (Alessandro Bruno). – Снижение порога доступности QPU позволит ускорить разработку практических решений с применением квантовых вычислений для решения крупнейших мировых проблем».
Ритейл
В апреле 2021 г. CNews рассказал о разработке первой в России микросхемы на базе пяти сверхпроводниковых кубитов в держателе. Ее создали специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) в Лаборатории искусственных квантовых систем (ЛИКС). Как сообщили CNews представители вуза, эту разработку можно считать прототипом квантового процессора.
В феврале 2021 г. CNews рассказал о китайском стартапе Shenzhen SpinQ Technology, который разработал полноценный квантовый компьютер размером и весом с небольшой системный блок, стоимостью всего $5000.
Для квантового компьютера цена достаточно низкая – например, у канадской D-Wave Systems, специализирующейся на разработке квантовых компьютеров, есть модель 2000Q стоимостью в пределах $15 млн. Дешевизна изделия SpinQ объясняется невысокой вычислительной мощностью – он оперирует всего двумя кубитами.
Как избежать затрат на производство
Помимо снижения затрат, необходимых для создания квантовых технологий, в QuantWare рассматривают возможность достижения «квантового превосходства» за счет разработки специализированных квантовых чипов, специально разработанных для работы с конкретным приложением. В перспективе компания планирует привлекать сторонних разработчиков программного обеспечения для совместного создания специализированных QPU, способных работать с их алгоритмами.
В отличие от других производителей квантовых процессоров – таких как D-Wave и Rigetti, которым пришлось строить собственные производственные мощности, QuantWare воспользовалась преимуществами сотрудничества с техническим Университетом Делфта, который владеет научно-исследовательским центром по нанотехнологиям Kavli Nanolab с собственным опытным производством. За счет этого QuantWare удалось наладить изготовление своих квантовых процессоров без вложений в собственное оборудование.
В QuantWare прогнозируют, что спрос на квантовые процессоры в ближайшее десятилетие вряд ли превысит «десятки тысяч процессоров», поэтому они планируют расширять производство, однако не ожидают резкого увеличения объемов производства.
Помимо квантового 5-кубитового процессора Soprano, QuantWare также разработала малошумящий параметрический усилитель бегущей волны Crescendo, обеспечивающий коэффициент усиления 18 дБ на частотах более 1,5 ГГц. Компания принимает предзаказы на усилитель, его поставки стартуют ближе к концу 2021 г.
QuantWare: из молодых да ранний
Стартап QuantWare был учрежден в 2020 г. квантовым инженером доктором Алессандро Бруно и выпускником технологического Университета Делфта Technology (TU Delft) магистром Маттейсом Райлаарсдамом, которые познакомились во время проведения исследований в компании QuTech при TU Delft. Первые два продукта QuantWare – Crescendo и Soprano, уже доступны для предварительного заказа.
Недавно компания объявила о закрытии раунда предварительного финансирования, в ходе которого было привлечено 1,15 млн евро. Привлеченные средства планируется направить на расширение команды QuantWare и дальнейшую модернизацию квантовых процессоров компании в плане наращивания числа кубитов.
В планах QuantWare до конца 2021 г. стоит цель расширения производственных возможностей и партнерских отношений. Сейчас компания занята поиском новых помещений под производственные цеха, поскольку в ближайшие несколько месяцев они могут «перерасти» имеющееся здание.
