Интервью: Квантовый тестовый чип позволяет Intel и исследователям определять будущее квантовых вычислений
29 сентября 2023 г.Будут ли квантовые вычисления когда-нибудь практичны? Может быть. Intel считает, что у нее есть решение в виде квантового исследовательского чипа Tunnel Falls, который вырос из плана компании по производству квантовых чипов с использованием относительно обычного кремния. Intel тестирует чип Tunnel Falls в университетах и национальных лабораториях США.
Мы поговорили с двумя сотрудниками Intel Labs — Энн Мацуурой, директором по квантовым и молекулярным технологиям, и Рави Пилларисетти, старшим инженером по устройствам, — о том, что они узнали с тех пор, как 15 июня стали доступны чипы для квантовых испытаний. Мацуура — эксперт по Комплект разработки квантового программного обеспечения Intel, который предоставляет разработчикам моделируемую среду квантовых вычислений, в которой они могут научиться писать код для квантового оборудования. Это интервью было отредактировано для обеспечения длины и ясности.
Перейти к:
- Тестирование пилотной программы способствует проектированию и производству микросхем
Квантовые вычисления могут использоваться наряду с классическими вычислениями
План Intel по созданию полнофункциональной квантовой технологии в долгосрочной перспективе
Intel тестирует Quantum SKD как внутри компании, так и снаружи
Тестирование пилотной программы способствует проектированию и производству микросхем
Меган Крауз: Чип Tunnel Falls используется в пилотных программах в Лаборатории физических наук Университета Мэриленда, Национальных лабораториях Сандии, Университете Рочестера и Университете Висконсин-Мэдисон в рамках программы Qubits for Computing Foundry Исследовательского бюро армии США, которая было объявлено в июне 2023 года. Что удалось узнать?
Рави Пилларисетти: Мы довольно долго работали над нашим 12-кубитным чипом Tunnel Falls (рис. A). Если вы посмотрите на академическое сообщество, то увидите, что очень сложно создавать эти устройства, поэтому часто у вас есть один аспирант, у которого есть одно устройство, которое передается среди разных поколений студентов.
Рисунок А
Итак, что мы сделали здесь, в Intel, так это, фактически производя эти чипы, мы можем передавать их различным университетам или институциональным партнерам. Например, Мэриленд через национальные лаборатории LPS, Рочестер, Висконсин и Сандия.
Там делается два класса вещей, которые дополняют нашу внутреннюю работу. Мы рассматриваем один вопрос: как улучшить устройство? По сути, в кубите, на отдельном уровне одного или двух кубитов, существует частота ошибок, возникающая из-за собственного шума в системе. Как же нам выяснить причину этого шума? И как нам улучшить наш процесс или работать с нашими поставщиками, чтобы создать новые виды материалов, научиться улучшать физику интерфейса или создавать более качественные подложки?
Другой аспект, на который мы обращаем внимание, — это то, как мы можем лучше управлять нашими кубитами. Существуют разные подходы. Например, с 12 квантовыми точками мы можем использовать их как спиновые кубиты, где каждая точка является отдельным кубитом, или мы можем выполнить некое составное кодирование, при котором две или три точки образуют кубит.
Есть компромиссы. Различные кодировки может быть намного проще масштабировать и создавать в нашей производственной инфраструктуре, но могут быть компромиссы с точки зрения частоты ошибок, которые нам необходимо комплексно оценивать, когда мы принимаем решение о том, какой тип кодирования является лучшим.
Эта работа дополняет нашу программу, а также помогает нам разрабатывать то, что нам нужно в будущем. Мы действительно можем выпустить наш чип Tunnel Falls, и сейчас проводятся исследования нашего точного процесса вращения кубита. Таким образом, в этом случае обучение становится гораздо более эффективным, поскольку оно напрямую влияет на наш реальный чип и наш реальный процесс.
Квантовые вычисления могут использоваться наряду с классическими вычислениями
Меган Крауз: Какие реальные проблемы могут решить квантовые вычисления, и как, по вашему мнению, они повлияют на корпоративные бизнес-инструменты?
Энн Мацуура: Квантовый компьютер станет ускорителем. Он будет использоваться вместе с мощным вычислительным центром или вместе с классическими вычислениями.
Прежде всего, по мере развития квантового рынка мы будем продавать гораздо больше процессоров. Quantum также поможет ускорить продажу классических процессоров.
Многие области применения включают моделирование природных систем, гидродинамику и моделирование материалов.
Изначально я занимался высокотемпературной сверхпроводимостью, понимая, как создать сверхпроводник с все более и более высокой критической температурой, чтобы, возможно, в конечном итоге у вас были сверхпроводящие линии электропередачи без сопротивления при комнатной температуре или другие фантастические идеи. которые обсуждались десятилетия назад.
Проблема заключалась в том, что некоторые модели моделирования были неразрешимы для классического компьютера – и это до сих пор так. Возможно, с помощью действительно крупномасштабного квантового компьютера с миллионами кубитов вы начнете понимать, как моделировать материалы с магнитными и электронными свойствами, которые вам действительно нужны (для приложений следующего поколения).
Подобные вещи могут быть реализованы с помощью квантовых вычислений, в конечном итоге в машине коммерческого размера с коррекцией ошибок.
СЭЭ: Квантовые вычисления можно использовать для оценки финансовых продуктов и кредитных рисков. (Техреспублик)
Меган Крауз: Одной из основных сильных сторон Intel является производство чипов; как вы использовали свои силы в этой передовой индустрии квантового оборудования для создания чипа Tunnel Falls?
Рави Пилларисетти: Если вы посмотрите на квантовые вычисления и на наших конкурентов, то увидите, что существует множество различных типов кубитовых технологий, таких как сверхпроводящие ионные ловушки и фотонные кубиты, но есть кубиты на основе квантовых точек, которые на основе полупроводников и на основе кремния. И это единственная технология кубитов, которая действительно совместима со стандартной производственной платформой CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник). (Рисунок Б)
Рисунок Б
Итак, в Intel наша цель состоит в том, чтобы на самом деле создавать кубиты, очень похожие на транзисторы, и использовать нашу богатую историю и последние 50 лет инноваций в соответствии с законом Мура. Мы смогли перейти от первого микропроцессора, в котором было несколько тысяч транзисторов, к сегодняшнему устройству, имеющему сотни миллиардов транзисторов, используя всю нашу богатую историю для такого масштабирования. В конце концов, мы считаем, что для того, чтобы сделать что-то, что будет иметь коммерческую ценность и важность в этой области, вам потребуются миллионы кубитов.
План Intel по созданию полнофункциональной квантовой технологии в долгосрочной перспективе
Меган Крауз: Директор Intel по квантовому оборудованию Джим Кларк заявил в июне, что долгосрочная стратегия компании заключается в создании полноценной коммерческой системы квантовых вычислений. Насколько долгосрочна перспектива и где находится Intel с точки зрения того, как, по вашему мнению, будет выглядеть ваша квантовая работа в ближайшие несколько лет?
Рави Пилларисетти: Обычно, если вы посмотрите на историю транзисторов или других технологических процессов, пройдет около 10 лет с момента их исследования в Intel до момента их внедрения в продукт. Это аналогичный график для многих видов прорывных технологических процессов, которые у нас есть. По крайней мере, это слишком далеко для чего-то столь революционного, как квантовые вычисления. Необходимо уделять много времени исследованиям и разработкам.
Мы думаем о масштабировании целостно. Для нас речь идет о том, как нам получить миллион кубитов? Все, что мы здесь делаем, изучая опыт Tunnel Falls, мы по сути применили это в тестовом чипе следующего поколения, который сейчас записываем.
Энн Мацуура: Что касается полного стека, сегодня вы можете использовать комплект разработки программного обеспечения Intel Quantum, который представляет собой полноценный квантовый компьютер для моделирования. Одна вещь, которую вы можете начать делать уже сегодня, — это попытаться разработать квантовые алгоритмы и квантовые приложения. Вы можете попытаться понять, для чего вы будете использовать этот крупномасштабный квантовый компьютер.
Именно поэтому сегодня у нас есть Intel Quantum SDK, доступный через облако Intel Developer Cloud. Это бесплатно. Intel Quantum SDK — это масштабируемый компилятор и среда выполнения, а также средство моделирования квантового оборудования Intel. И то и другое нужно для того, чтобы заставить людей задуматься: каковы полезные квантовые приложения будущего? Но также получить сообщество пользователей, которые привыкли и любят использовать квантовые технологии Intel. Использование Quantum SDK будет таким же, как и использование квантового компьютера в будущем.
Intel тестирует Quantum SKD внутри и снаружи
Меган Крауз: Мне кажется, что Quantum SDK, по сути, обучает разработчиков работать над этими проектами и выяснять, какие варианты использования им подходят. Итак, что вы узнали из отзывов или работы, проделанной с Quantum SDK с момента его выпуска?
Энн Мацуура: Есть еще одна причина, по которой Intel Quantum SDK может немного отличаться от продуктов других компаний. Мы использовали его внутри компании для выполнения полного стека рабочих нагрузок через моделируемый квантовый компьютер. Итак, мы начинаем понимать, можем ли мы дать несколько советов команде разработчиков кубитных чипов и наоборот.
Что это говорит нам об архитектуре системы и о том, какие функциональные возможности должно обеспечивать аппаратное обеспечение кубитов для запуска такого рода квантовых приложений и алгоритмов?
Что мы узнаем об областях применения, так это то, что люди начинают использовать Quantum SDK для моделирования других квантовых систем, что неудивительно. У нас есть ряд пользователей, которые интересуются CFD – вычислительной гидродинамикой – а также такими вещами, как вычислительная химия, моделирование материалов или решение линейных систем уравнений.
Меган Крауз: Существуют проблемы, когда дело доходит до программирования программного обеспечения в квантовых вычислениях. Что это такое и как можно их преодолеть?
Энн Мацуура: Что мы сделали с Intel Quantum SDK, так это то, что мы попытались сделать его более знакомым для классических разработчиков. На данный момент почти все наборы инструментов квантового программного обеспечения действительно ориентированы на квантовых физиков. Итак, мы написали на C++. Мы используем те же структуры, что и вы в C++. Вы видите циклы for и модульную структуру, которую легче отлаживать.
Но, в конце концов, вы абсолютно правы: квантовые вычисления все еще находятся на стадии исследований. Нам необходимо провести больше исследований в области языков программирования, которые полностью абстрагируют квантовое оборудование, чтобы пользователю не приходилось знать доступные квантовые операции. Это то, что мы проводим исследования, как и другие. Это то, что должно произойти, чтобы квантовые вычисления стало легче программировать.
Оригинал