IBM запускает Quantum System Two в Чикаго: процессор Nighthawk на 120 кубитов

Новая установка размещена в Hyde Park Labs на юге Чикаго. В дальнейшем планируется перенос системы в строящийся технологический кампус Illinois Quantum and Microelectronics Park на базе бывшего завода US Steel. Quantum System Two станет центральным узлом Национального центра квантовых алгоритмов (NQAC), созданного в 2024 году для разработки решений для науки и промышленности. В проекте участвуют не только IBM и университет, но и ряд других исследовательских институтов и компаний.

Архитектура Nighthawk r2: плотность связей важнее количества кубитов

Процессор Nighthawk r2 построен на базе сверхпроводящих кубитов, состояние которых управляется прецизионными микроволновыми сигналами. Для работы системы требуется экстремальное охлаждение. Основная особенность архитектуры — квадратная решетка, где каждый кубит имеет возможность связи с четырьмя соседними элементами. Такая высокая плотность соединений критически важна для квантовых алгоритмов: если два кубита не связаны напрямую, для их взаимодействия требуются дополнительные операции, что увеличивает количество квантовых вентилей и повышает риск возникновения ошибок.

Технические характеристики Nighthawk r2

• Физические кубиты: 120
• Настраиваемые соединители (couplers): 218
• Элементы сброса (reset elements): 120
• Общее количество физических квантовых элементов: 458
• Топология соединений: Квадратная решетка
• Количество соседних соединений: До 4 на кубит
• Пропускная способность схем (по данным IBM): Более 100 000 схем в секунду
• Глубина схем: Продемонстрированы вычисления с использованием более 7 500 вентилей

Важно понимать, что показатели пропускной способности и глубины схем — это характеристики, полученные в специфических условиях тестирования. Они не являются универсальными эталонами для любых квантовых алгоритмов. Тем не менее, Nighthawk r2 предлагает значительный шаг вперед в вопросе инициализации кубитов. В квантовых вычислениях перед каждым новым циклом кубиты необходимо вернуть в определенное исходное состояние. IBM внедрила функцию быстрого и независимого сброса, позволяющую перезапускать отдельные кубиты, не останавливая весь процессор. По заявлениям IBM, это позволяет достичь в 25 раз более высокой пропускной способности по сравнению с предыдущей платформой Heron, одновременно снижая вероятность ошибок при инициализации.

Однако этот 25-кратный прирост скорости не означает, что любые вычисления станут выполняться в 25 раз быстрее. Реальное время выполнения по-прежнему зависит от структуры конкретной схемы, объема необходимых измерений и методов коррекции ошибок. На текущем этапе развития квантовые вычисления всё еще сталкиваются с проблемой декогеренции — чувствительности кубитов к внешним помехам, которые могут исказить результат вычислений.

Логические кубиты и концепция Quantum-Centric Supercomputing

Современная цель квантовых технологий — объединение множества физических кубитов в один «логический кубит» с помощью алгоритмов коррекции ошибок. Это позволит создавать надежные вычислительные единицы, но требует колоссальных аппаратных ресурсов. Важно подчеркнуть: 120 кубитов в Nighthawk r2 — это физические кубиты, а не 120 отказоустойчивых логических кубитов. Дополнительные 218 соединителей и 120 элементов сброса служат для улучшения связности и скорости, но не увеличивают общее число кубитов.

IBM продвигает концепцию Quantum-Centric Supercomputing, где квантовый процессор не заменяет классический суперкомпьютер, а работает в тесной связке с ним. Классические системы берут на себя подготовку данных, управление квантовым процессором и обработку результатов измерений. Хотя в исследованиях с Чикагским университетом уже демонстрировались преимущества квантовых вычислений в определенных задачах (например, в моделировании молекул или оптимизации энергосетей), это пока не означает универсального превосходства квантовых систем над классическими суперкомпьютерами во всех областях.

Технические характеристики Nighthawk r2

Центральным элементом новой инфраструктуры в Чикаго станет процессор Nighthawk r2. Согласно технической документации IBM Quantum, этот чип оснащен 120 кубитами и 218 связями (couplers), которые обеспечивают взаимодействие между ними. Ключевой особенностью архитектуры Nighthawk является функция быстрого сброса (fast reset), которая в сочетании с оптимизированной пропускной способностью схем (circuit throughput) призвана повысить эффективность выполнения квантовых вычислений.

Научное партнерство и цели проекта

Запуск системы в Чикаго 6 ноября 2026 года реализуется в тесном сотрудничестве с Чикагским университетом (University of Chicago). Проект позиционируется как важный узел в исследовательской сети IBM. Основная задача системы — предоставление вычислительных мощностей для фундаментальных научных исследований. В рамках долгосрочного планирования IBM рассматривает Quantum System Two как ключевой элемент развития квантовой экосистемы в данном регионе, что позволит исследователям работать с более сложными алгоритмами на базе архитектуры Nighthawk.