Нобелевский лауреат Джон Мартинис открывает Альянс квантового производства

Лауреат Нобелевской премии по физике Джон Мартинис поставил свой стартап Qolab во главе альянса по квантовым вычислениям с такими лидерами чип-индустрии, как Applied Materials и Synopsys, цель которого - пересмотреть способы производства квантовых устройств.

В эксклюзивном интервью EE Times Мартинис рассказал, что недавно созданный альянс Quantum Scaling Alliance (QSA) рассчитывает создать первые в мире квантовые устройства с более чем миллионом кубитов, опередив такие крупные компании, как Google и Amazon, за счет сокращения "леса проводов" в существующих конструкциях до крошечных металлических следов на кремниевой пластине.

10 ноября Applied Materials, HPE, Synopsys и Qolab объявили о том, что они являются одними из восьми членов QSA - глобальной группы, цель которой - сделать квантовые вычисления масштабируемыми, практичными и преобразующими в различных отраслях. Масуд Мохсени из HPE Labs, прикладного исследовательского подразделения HPE, будет курировать инициативу и выполнять функции архитектора квантовых систем. Альянс возглавляет Мартинис, нобелевский лауреат 2025 года, признанный за новаторские достижения в области квантовых вычислений, который также является соучредителем и техническим директором компании Qolab.

"Если мы хотим создать устройство на миллион кубитов, то при использовании сверхпроводящих кубитов возникает проблема масштабирования и подключения", - сказал Мартинис в интервью EE Times. "Я думаю, что подход, который все используют сейчас, хорош, но в какой-то момент он попадет в каньон. Он будет ограничен. Мы предложили способ использовать современное производство полупроводников, чтобы обойти это и улучшить ситуацию".

В 2022 году Мартинис стал одним из основателей компании Qolab в Лос-Анджелесе, Калифорния.

Мартинис вспоминает, как несколько лет назад он разрабатывал квантовые процессоры в Google.

"Когда я работал в Google, они пытались сделать все сами, и это одна из моделей. Проблема в том, что если вы хотите иметь лучшее производство, кто-то в мире полупроводников хочет уйти на пару лет в этот странный квантовый проект, а потом, если он не сработает, что ж, возможно, это не очень хорошо для его карьеры".

Мартинис хочет работать с экспертами.

"Привлечение лучших специалистов для решения этих проблем - более эффективный способ. Но это означает, что вы должны сотрудничать и работать вместе, а юристы должны работать вместе, чтобы подписывать соглашения по ИС. Это нелегко."

Лес проводов

Мартинис сосредоточен на сокращении леса проводов в современных квантовых устройствах до крошечных металлических следов на кремниевой пластине.

"Вместо того чтобы использовать коаксиальные провода, о которых сейчас говорят, мы используем кремниевую пластину. Плюс 300-миллиметровой пластины в том, что на ней можно сделать провода шириной в полмикрона, микрон и сто тысяч проводов, идущих от низкой температуры к высокой. Таким образом, на пластине можно создать очень сложную и громоздкую систему. Затем вы подключаете эту пластину к кубитам при низкой температуре. У нас есть идея, как это интегрировать."

Qolab работает с партнером QSA компанией Applied Materials над изготовлением квантовых устройств. Компания HPE, являющаяся подразделением Hewlett Packard, будет заниматься тем, что Мартинис назвал "высокой частью" производственного стека, объединяя классические суперкомпьютеры с квантовыми компьютерами.

"Мы являемся экспертами в части квантового дизайна. Мы работаем с Applied Materials, которая занимается производством", - сказал он. "Мы будем сотрудничать с Synopsys для разработки инструментов. Например, нам понадобится набор для разработки технологического процесса изготовления. У них есть опыт в этой области. Нам понадобятся инструменты для моделирования, а это то, чем они занимаются."

Квантовый альянс

Квантовый альянс QSA основан на сотрудничестве между компаниями-участниками, которые работают вместе около года, сообщил EE Times выдающийся архитектор Synopsys Игорь Марков. По его словам, мы будем рады новым участникам.

"Идея состоит в том, чтобы создать экосистему, в которой различные участники, небольшие компании, крупные компании и даже ученые, будут вносить свой вклад в различные аспекты квантовых вычислений, которые мы рассматриваем как очень вертикальное предприятие, охватывающее темы от атомного моделирования до суперкомпьютерных систем", - сказал Марков.

Инструменты Synopsys моделируют все - от атомов до систем, отметил Марков.

"Мы буквально работаем с атомами здесь, и мы идем вплоть до систем", - сказал он о QSA.

QSA считает, что одним из лучших способов продвижения квантовых вычислений является повторное использование огромных инвестиций, сделанных в экосистемы производства и проектирования полупроводников. Synopsys представляет собой значительную часть этой экосистемы, отметил Марков.

Основная технология, разрабатываемая сейчас в QSA, - это сверхпроводящие кубиты, технология, пионерами которой стали Колаб и Мартинис, получивший Нобелевскую премию за свою работу по сверхпроводникам, по словам Маркова.

С точки зрения Synopsys, рассматривается еще несколько технологий, помимо сверхпроводящих кубитов, сказал Марков. Synopsys также оценивает одноэлектронные спиновые технологии для квантовых вычислений, поскольку они используют традиционные процессы металл-оксид-полупроводник, в то время как в исследованиях и промышленных работах особое внимание уделяется использованию CMOS-совместимых процессов для масштабируемости.

"Задача Synopsys - помочь с инженерными инструментами", - сказал Марков. "Если это квантовые чипы, если неквантовые - мы можем помочь".

По словам Маркова, у Synopsys, особенно после недавнего приобретения Ansys, есть "широкий набор" инструментов для многофизического моделирования.

"Для некоторых технологий, которые не являются кремниевыми, мы можем помочь. В то время как в QSA упор делается на полупроводники и связанные с ними технологии".

Согласно концепции QSA, 2033 год станет вехой, когда масштабы квантовых компьютеров достигнут пяти миллионов физических кубитов. По словам Маркова, при квантовой коррекции ошибок физические кубиты поддерживают меньшее число логических кубитов - в сотни раз меньше, - которые "действительно работают" и поддерживают алгоритмы.

"Мы рассматриваем устройства для работы с кубитами, которые реализуют отдельные кубиты, а затем, конечно, соединяются между собой, масштабируя их до уровня чипов и полупроводниковых интеграторов", - добавил он. "Это в какой-то степени похоже на то, что делает Cerebras, но, конечно, они не занимаются квантованием."

Synopsys отмечает, что среди компаний, занимающихся квантовыми вычислениями, и университетских исследователей многие используют "домашние" или открытые инструменты моделирования.

Квантовые эффекты очень сложно моделировать, отмечает Марков.

"Эти инструменты ограничены, и даже если они являются современными для какой-то конкретной функции, интеграция нескольких методов и сочетание различных численных техник появляются только в коммерчески поддерживаемом программном обеспечении", - говорит Марков.

Когда Мартинис работал в Google в начале 2020 года, компания достигла 53 кубитов.

"В то время они говорили, что к концу десятилетия достигнут миллиона кубитов", - говорит Мартинис. "Прошла половина десятилетия, а они уже достигли 100 кубитов. Если экстраполировать эти темпы, то к тому времени, когда они создадут квантовый компьютер общего назначения, я уже буду мертв, а это для меня неприемлемо".

Китай - еще одна причина, по которой Мартинис считает необходимым ускорить разработку. Он предупредил, что Китай "на наносекунды" отстает от США в гонке квантовых вычислений, говорится в статье Bloomberg.

Он отказался вдаваться в подробности того, как Qolab удается запускать схемы на кремниевой пластине в условиях сильных перепадов температур, характерных для квантового компьютера.

"В этой области очень высокая конкуренция, и я очень обеспокоен тем, что Китай может украсть наши разработки. Мы разговаривали с различными компаниями в США, и они ждут, сможем ли мы заставить это работать", - сказал он в интервью EE Times. "На самом деле меня гораздо больше беспокоит Китай, потому что они сразу же возьмут наши идеи и начнут их использовать".

Эта статья была первоначально опубликована на EE Times.

Алан Паттерсон большую часть своей карьеры работал журналистом по электронике в Азии. Помимо EE Times, он был репортером и редактором Bloomberg News и Dow Jones Newswires. Более 30 лет он прожил в Гонконге и Тайбэе и за это время освещал деятельность технологических компаний в регионе Большого Китая.