Молодая австралийская компания Quantum Brilliance заявила о планах представить к 2025 году 50-кубитовый ускоритель квантовых вычислений в форм-факторе видеокарты. Квантовый блок сможет работать при комнатной температуре без криогенного охлаждения и других специальных защитных систем в серверной стойке, в ПК и, в перспективе, в мобильной технике.

В основе оригинальной разработки Quantum Brilliance лежит ряд исследований, проведённых основателями компании в Австралийском национальном университете, где они в своё время разработали методы производства, масштабирования и управления кубитами, встроенными в синтетический алмаз. В 2019 году исследователи покинули университет и создали компанию Quantum Brilliance для коммерциализации открытий.

В настоящий момент компания располагает блоком квантового вычислителя всего с 5 кубитами. Но этот блок размерами не превышает полочный компьютер для стандартной серверной стойки и не требует для работы вакуума, магнитного экранирования и охлаждения до сверхнизких температур. Иными словами, квантовый вычислитель Quantum Brilliance чрезвычайно прост в обслуживании и может быть размещён буквально где угодно. Например, компания собиралась установить свои стойки в австралийском университетском центре квантовых разработок CSIRO. Пока карантин помешал завершить работы, но они будут выполнены до конца первого квартала 2022 года.

Следующей целью Quantum Brilliance станет создание 50-кубитового квантового ускорителя расчётов в форм-факторе видеокарты, чтобы его можно было установить даже в ПК, не говоря о стоечной компоновке. Согласно дорожной карте компании, такой ускоритель с высокой вероятностью может быть представлен к 2025 году. Заявлено, что у компании есть все необходимые технологии для реализации этого проекта. Более того, в течение десяти лет может быть реализована концепция квантового процессора на кристалле, что переведёт технологию в разряд мобильных.

На что же делают ставку австралийцы? Квантовый процессор Quantum Brilliance использует давно известное явление азото-замещённых вакансий в алмазе или NV-центров (nitrogen-vacancy center). Это рукотворный дефект в кристаллической структуре, когда атом углерода удаляется из кристаллической решётки алмаза, а на его место (вакансию) помещается атом азота. После этого с атомом азота можно проделывать разные полезные вещи, и он будет индивидуально реагировать на воздействия. Например, менять ориентацию спина или изменять другие квантовые свойства.

Самое полезное в таком замещении, что атом азота (его ядро) не так сильно реагирует на окружающую обстановку, как электрон. Атом гораздо труднее вывести из состояния когерентности, когда он используется в качестве кубита. Разработчики заявляют о стабильном состоянии таких кубитов в течение миллисекунд, тогда как время когерентности электронов в качестве кубитов в тысячу раз меньше.

Другой важной особенностью кубитов в виде NV-центров в решётке алмазов считается целый спектр возможного воздействия на них. Это может быть свет (фотоны), электромагнитное поле, радиочастотное излучение и некоторые другие воздействия. Совмещение нескольких вариантов управления и считывания кубитов станет дополнительным фактором для увеличения производительности квантового вычислителя.

Ещё до появления квантовых алгоритмов для подобных систем вычислитель допустимо использовать как эмулятор процессов взаимодействия атомов вещества. Это может помочь в разработке новых лекарств, новых материалов для аккумуляторов и в целом подтолкнуть материаловедение во всех возможных проявлениях. Если подобные ускорители появятся как адаптеры для ПК — это изменит многое, если не всё.