Предложен идеальный квантовый компьютер на базе отверждённого неона

Учёные значительно разошлись во взглядах на идеальный квантовый компьютер. За его основу предлагают брать сверхпроводящие кубиты, оптические ловушки и атомы (ионы) в различных условиях, а также ловушки для электронов в полупроводниках и не только. Всё это вместе и по отдельности серьёзно изучается свыше 20 лет, но идеального решения как не было, так и нет. Возможно, основой для идеального кубита станет охлаждённый до твёрдого состояния неон.

В свежей статье в журнале Nature группа специалистов под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США объявила о создании новой платформы для формирования кубитов (квантовых битов). За основу платформы учёные взяли чистый нейтральный газ неон, который охладили до твёрдого состояния. Нейтральность и чистота неона гарантировали высочайшую степень помехозащищённости кубита от внешних воздействий и, следовательно, его устойчивость — способность достаточно долго сохранять квантовые состояния.

В качестве собственно кубита учёные использовали электрон. Электрон испускался обычной нитью лампочки накаливания при нагреве и попадал на поверхность охлаждённого неона, где захватывался в ловушку. На изображении выше вольфрамовая нить испускает электроны, которые захватываются (красным) охлаждённым до твёрдого состояния неоном. Схема управляется сверхпроводяшей цепью под кубиком неона. Синим показано квантовое состояние электрона на поверхности неона (волновая функция в представлении художника).

В серии опытов учёные показали, что одиночный электрон на твёрдом неоне достаточно долго сохранял состояние суперпозиции — время когерентности оказалось сравнимо с теми вариантами кубитов, которые находятся в разработке свыше 20 лет. Иными словами, новая платформа на старте показала себя очень и очень перспективной. Другой вопрос: станет ли она основой для идеальных кубитов? На это учёные будут искать ответ в новых исследованиях.

Вслед за этим из Аргоннской национальной лаборатории пришла еще одна новость — про самый мощный суперкомпьютер.

Рик Стивенс (Rick Stevens), заместитель директора Аргоннской национальной лаборатории (ANL), сообщил на прошедшей на этой неделе в Далласе (штат Техас) конференции Intel Vision 2022 о старте монтажа суперкомпьютера Aurora, который после окончательно ввода в эксплуатацию будет иметь пиковую производительность более 2 Эфлопс. Aurora объединит более 10 000 блейд-серверов с СЖО в составе платформы HPE Cray EX (Shasta).

Каждый узел будет оснащён двумя процессорам Intel Xeon Sapphire Rapids с HBM-памятью и шестью ускорителями Intel X^e Ponte Vecchio. Узлы объединит интерконнект Cray Slingshot. Специалисты лаборатории уже развернули хранилище Intel DAOS, узлы управления и инфраструктуру охлаждения, а также внедрили тестовые кластеры для отладки и проверки совместимости ПО с новыми процессорами и ускорителями. Лаборатория будет использовать Intel oneAPI в качестве новой, единой модели разработки ПО. Стивенс пояснил, что унификация позволит использовать одну кодовую базу для всех вычислительных блоков любого типа.

Стивенс также объявил, что Аргоннская национальная лаборатория начала приём заказов на выполнение вычислений на суперкомпьютере для научных проектов. «Вы можете сделать заказ на экономические и промышленные исследования, если вы заинтересованы в совершении прорывов в науке и технике, — заявил учёный. — Мы принимаем заказы, настраиваем учётные записи разработчиков и привлекаем команды на ранних системах для создания программного обеспечения, чтобы, в первый день, когда Aurora заработает, у нас уже были запущены приложения».

Aurora — одна из трёх экзафлопсных систем, призванных обеспечить лидерство США в области суперкомпьютеров. С момента анонса в 2015 году проект претерпел ряд кардинальных изменений. В частности, его пиковую производительность повысили до двух Эфлопс, а запуск в итоге перенесли на 2022 год. Две другие американские эксафлопсные системы, находящиеся в разработке — Frontier (1,5 Эфлопс, Национальная лаборатория Оук-Ридж, 2022 год) и El Capitan (2+ Эфлопс, Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса, 2023 год). Впрочем, в экзафлопсной гонке, похоже, лидирует пока Китай.