IBM запустила квантовый процессор Nighthawk r2, который способен выполнять более 100 тысяч квантовых схем в секунду. Компания называет новинку своим самым быстрым квантовым процессором и заявляет, что по пропускной способности Nighthawk r2 превосходит используемые сейчас системы Heron примерно в 25 раз. Процессор уже доступен исследователям через облачную платформу IBM Quantum.
Главное изменение связано не с количеством кубитов, а со скоростью подготовки процессора к следующему вычислению. Nighthawk r2 получил 120 программируемых кубитов, столько же было у первой версии Nighthawk, однако IBM добавила каждому кубиту отдельный механизм быстрого сброса состояния. После завершения вычисления кубит можно почти сразу вернуть в исходное состояние и запустить следующую схему.
Подобная пауза долго оставалась одним из узких мест сверхпроводящих квантовых компьютеров. В процессорах Heron IBM измеряла состояние кубита, при необходимости переводила его обратно в основное состояние, а затем ждала сотни микросекунд, чтобы исключить остаточные возбуждения. Новый механизм подключает кубит через управляемый элемент связи к холодной среде, которая быстро забирает лишнюю энергию. По данным IBM, характерное время энергетической релаксации при таком сбросе сокращается примерно с 200 микросекунд до 25 наносекунд, а пауза между запусками схем может уменьшиться примерно до одной микросекунды.
За счёт ускоренного сброса Nighthawk r2 достигает пропускной способности свыше 100 тысяч схем в секунду против примерно 4 тысяч у Heron. Цифру нельзя напрямую трактовать как «квантовый компьютер стал в 25 раз быстрее» для любой задачи. Показатель характеризует количество схем, которое система способна выполнить за единицу времени, а реальное ускорение зависит от алгоритма, глубины схемы, числа измерений и других накладных расходов. Сама IBM сообщает, что на первых экспериментальных нагрузках прирост времени выполнения достигал примерно десятикратного уровня.
Ускорение потребовало значительно усложнить сам кристалл. Помимо 120 программируемых кубитов Nighthawk r2 содержит 218 управляемых элементов связи и 120 отдельных элементов быстрого сброса. В сумме IBM насчитывает 458 физических квантовых элементов и называет Nighthawk r2 самым сложным квантовым процессором, который компания запускала в серийную эксплуатацию.
Быстрый сброс одновременно улучшил качество начального состояния кубитов. По измерениям IBM, число ошибок при инициализации снизилось примерно в 25 раз, при этом точность квантовых вентилей сохранилась на уровне семейства Heron. Компания также утверждает, что сброс отдельного кубита не ухудшает работу соседних элементов, что особенно существенно для архитектуры Nighthawk с квадратной решёткой, где большинство кубитов соединены с четырьмя соседями.
IBM уже провела на Nighthawk r2 вычисления со схемами размером более 7500 квантовых вентилей и получила, по собственным данным, достаточно точные оценки наблюдаемых величин с применением методов подавления ошибок. Рубеж в 7500 вентилей входил в опубликованную дорожную карту компании на 2026 год. Речь пока не идёт о полноценном отказоустойчивом квантовом компьютере, где ошибки автоматически исправляются на протяжении больших вычислений.
Более высокая пропускная способность уже дала заметный выигрыш в отдельных научных экспериментах. В моделировании рассеяния нейтронов IBM сообщает о двенадцатикратном ускорении. Расчёт спектров, которые можно сопоставлять с лабораторными измерениями, занимал около минуты. Подобные результаты пока остаются демонстрациями на конкретных задачах, а не доказательством универсального превосходства квантовых компьютеров над классическими системами.
Новая система также позволяет сбрасывать кубиты прямо во время выполнения квантовой схемы. Возможность нужна для динамических схем и экспериментов с коррекцией квантовых ошибок, где вспомогательные кубиты приходится многократно измерять, очищать и использовать заново. IBM рассматривает Nighthawk как промежуточную платформу между современными шумными квантовыми процессорами и будущими отказоустойчивыми машинами. Компания по-прежнему рассчитывает добиться практического квантового преимущества на отдельных задачах и в дальнейшем перейти к крупномасштабным системам с коррекцией ошибок.