Квантові комп’ютери охолоджують до температур нижчих за космічний простір
IBM охолоджує квантові системи нижче 15 мілікельвінів, щоб зменшити декогеренцію кубітів і помилки обчислень.
Новітня модульна кріогенна система IBM працює за температури нижче 15 мілікельвінів — більш ніж у 180 разів нижчої, ніж температура глибокого космосу. Таке охолодження потрібне для стабільної роботи кубітів, які надзвичайно чутливі до зовнішніх впливів, повідомляє Engadget.
Температура глибокого космосу становить приблизно 2,7 кельвіна. Водночас нижня частина кріогенної системи, де розміщується квантовий процесор, має температуру трохи вищу за абсолютний нуль. За таких умов зменшується вплив теплової енергії, що може порушувати квантові стани.
Чому кубітам потрібен холод
Звичайні комп’ютери обробляють дані за допомогою бітів, які мають одне з двох значень — 0 або 1. Кубіт може перебувати в різних станах між цими значеннями та нести інформацію у двох напрямках. Кубіти також можуть бути пов’язані між собою, тому вимірювання одного з них дає інформацію про інші.
Тепло є формою енергії руху. Навіть незначний приплив енергії здатен вибити кубіт із його стану та порушити взаємодію з іншими кубітами. Цей процес називають декогеренцією: він збільшує імовірність помилок у квантових обчисленнях. Саме тому розробники прагнуть знизити температуру систем якомога ближче до абсолютного нуля.
Холодильник і проблема з’єднань
Кріогенна установка квантового комп’ютера складається з металевих пластин, температура яких знижується від верхньої частини до нижньої. Верхня частина системи перебуває за кімнатної температури, а процесор розташований у найхолоднішій зоні. Водночас дроти керування кубітами тягнуться від кімнатної температури й проводять тепло до процесора. Зі збільшенням кількості кубітів зростає і кількість таких з’єднань, що ускладнює охолодження.
Не всі квантові системи потребують великих кріогенних установок. Машини на нейтральних атомах, зокрема розробки QuEra, утримують окремі атоми у вакуумній камері та охолоджують їх лазерами до мікрокельвінових температур, тоді як стінки камери й навколишнє обладнання залишаються за кімнатної температури. Фотонні системи можуть працювати переважно за кімнатної температури, однак їхні детектори одиничних фотонів зазвичай теж потребують охолодження.
Квантові комп’ютери потенційно можуть прискорити окремі завдання, зокрема моделювання молекул для створення ліків, але також здатні загрожувати криптографії з відкритим ключем. За оцінкою Google Quantum AI 2025 року, для зламу ключа RSA-2048 може знадобитися менш ніж 1 млн шумних кубітів. Сучасні системи мають від сотень до кількох тисяч кубітів, а Національний інститут стандартів і технологій США у серпні 2024 року завершив перші стандарти постквантового шифрування.
