IBM объявила о доступности своего квантового процессора IBM Quantum Nighthawk r2 через IBM Quantum Platform. Этот шаг направлен на увеличение объёма полезных вычислений, которые можно выполнить за один сеанс работы, а не просто на увеличение числа кубитов. Система включает 120 программируемых кубитов и, по словам IBM, способна выполнять более 100 тысяч схем в секунду — до 25 раз больше показателя процессоров Heron, составляющего около 4 тысяч схем в секунду.
Компания связывает это улучшение с новой архитектурой, обеспечивающей быстрый и независимый сброс кубитов. По данным IBM, Nighthawk r2 также показал точные результаты на схемах, содержащих более 7500 вентилей; компания относит это достижение к одной из целей своей дорожной карты на 2026 год.
Устранение узкого места между схемами
Перед выполнением квантовой схемы кубиты необходимо перевести в известное состояние, а после измерения и перед запуском следующей схемы — вернуть в основное состояние. В предыдущих поколениях, включая Heron, IBM использовала условный сброс: сначала измерялось состояние кубита, а затем к нему применялся импульс инверсии, если он находился в состоянии |1⟩. Однако этот метод зависит от точности измерения и не обрабатывает кубиты, вышедшие за пределы вычислительного подпространства, что может требовать времени ожидания до нескольких сотен микросекунд.
Nighthawk r2 заменяет этот подход тем, что IBM называет dissipative reset gadget: каждый программируемый кубит соединён с холодной средой через настраиваемый соединитель с высоким динамическим диапазоном. При активации соединителя эффективное время релаксации T1 сокращается примерно с 200 микросекунд в среднем до около 25 наносекунд. Компания утверждает, что время простоя между запусками схем можно сократить до одной микросекунды, не создавая помех для соседних кубитов.
Преимущество особенно заметно в крупномасштабных повторяющихся рабочих нагрузках. IBM сообщила о предварительных испытаниях схем, предназначенных для демонстрации квантового превосходства, в которых ускорение достигало десятикратного без потери точности. Кроме того, по данным компании, система в 12 раз ускорила моделирование рассеяния нейтронов и позволила получать спектры, непосредственно сопоставимые с лабораторными данными, примерно за 60 секунд.
Компонентов больше, чем заявленное число кубитов
Процессор состоит не только из программируемых кубитов. Помимо 120 кубитов, Nighthawk r2 включает 218 специализированных соединителей и 120 независимых элементов сброса, что даёт в общей сложности 458 фактических квантовых элементов. IBM описывает эту систему как самый сложный квантовый процессор, произведённый ею на данный момент, поскольку дополнительные элементы поддержки требуют управляемости и производственных решений, не менее важных, чем кубиты, которые пользователь программирует напрямую.
IBM утверждает, что процессор сохраняет точность вентилей на уровне Heron, одновременно примерно в 25 раз снижая ошибку инициализации. Сброс также был спроектирован так, чтобы быть безопасным для соседних кубитов. Это важно для архитектуры с квадратной решёткой, в которой большинство кубитов соединено с четырьмя соседями, по сравнению с двумя или тремя в предыдущих архитектурах.
Непосредственное значение для исследований коррекции ошибок
Новый сброс работает не только между схемами, но и во время выполнения самой схемы. Это делает его подходящим для динамических схем, включающих измерение кубитов в ходе выполнения, — механизма, используемого во многих протоколах обнаружения и коррекции ошибок, а также в рабочих процессах, объединяющих квантовые и классические вычисления.
IBM отмечает, что возможность многократно использовать вспомогательные кубиты поддерживает эксперименты, такие как проверки пространства-времени, а также исследования, работающие с логическими кубитами. Кроме того, исследователи использовали Nighthawk r2 в экспериментах по выборке легированных схем Clifford, связанных с демонстрациями надёжных квантовых вычислений, а также для оценки наблюдаемых величин с применением метода Probabilistic Error Amplification на схемах, содержащих более 7500 вентилей.
Что меняется на практике?
Главное улучшение здесь заключается не только в количестве кубитов, но и в сокращении непроизводительного времени между операциями при сохранении уровня качества, который IBM сравнивает с процессорами Heron. Это может предоставить исследователям больше экспериментов в рамках того же выделенного ресурса и сократить время, затрачиваемое на повторную инициализацию в повторяющихся рабочих нагрузках и динамических схемах.
При этом приведённые показатели производительности и экспериментальные результаты основаны на заявлении самой IBM, а источник не содержит независимого сравнения или полной информации об условиях измерений и ограничениях доступности системы на платформе. Поэтому Nighthawk r2 представляет собой важный шаг в развитии квантового оборудования, но сам по себе не доказывает достижение отказоустойчивых квантовых вычислений в практически применимом масштабе; вместо этого он предоставляет более быструю экспериментальную платформу для изучения этого пути.