Intel разрабатывает спиновые кубиты, работающие при более высоких температурах

18 Февраля 2018 в 21:00, Николай Хижняк 8 740 просмотров 25

Компания Intel продолжает активно инвестировать в новые технологии, и среди последних ее интересов — квантовые вычисления. Осенью прошлого года был представлен первый квантовый процессор на базе 17 кубитов, а на прошедшей выставке CES один из крупнейших производителей полупроводников продемонстрировал чип уже с 49 кубитами на борту.

Intel, как и многие другие, видит большой потенциал в квантовых компьютерах, однако технические проблемы, стоящие на пути реализации технологии, уменьшаются пока, к сожалению, не так активно, как хотелось бы. Например, рабочая температура того же представленного на выставке чипа составляет -273,2 градуса Цельсия. Поэтому инженеры сейчас заняты поиском более практичных решений.


Вместе с учеными из голландского Делфтского технического университета (QuTech) Intel проводит исследования с так называемыми спиновыми кубитами. Работа над ними ведется уже несколько лет и рассматривается весьма обещающей. Спиновые кубиты представляют собой электроны, встроенные в кремний и находящиеся не столько в состоянии «спин вниз» (двоичный 0) или «спин вверх» (двоичная 1), но и в промежуточном состоянии, так называемой суперпозиции. Последняя, в свою очередь, является основой всех основ квантовых компьютеров. Плюс спиновых кубитов заключается в том, что они не такие чувствительные к температурам, как сверхпроводящие кубиты, требующие условий, при которых они будут эффективно работать, близких к абсолютному нулю. В свою очередь, сложность систем охлаждения накладывает свой отпечаток на практичность всей системы – они не позволяют квантовым компьютерам одновременно использовать больше нескольких сотен или тысяч кубитов. Говорить о системах на базе миллионов кубитов вообще кажется пока гранью фантастики в таких условиях.

Спиновые кубиты могут работать при температуре 1 кельвин. Сверхпроводящие кубиты необходимо охлаждать до 20 милликельвинов, что в 50 раз холоднее и намного дороже. Кроме того, охлаждение в таком случае происходит не только кубитов, но еще и других компонентов квантового компьютера, находящихся за контуром охлаждения, что тоже не идеально. Спиновые кубиты позволяют перенести остальные компоненты ближе к кубитам, что снижает сложность системы.

Вторым преимуществом спиновых кубитов является возможность более плотной компоновки в условиях прежнего объема. Коммерческие системы, несомненно, найдут пользу от такого масштабирования.

Третьим преимуществом спиновых кубитов является их процесс производства, довольно близкий к классическим полупроводниковым транзисторам, благодаря чему многие компании, занимающиеся производством полупроводников, смогут гораздо быстрее адаптировать эту технологию.

На ближайшей конференции Advancement of Science Intel и QuTech собираются показать первый квантовый компьютер на базе двух спиновых кубитов. Как отмечают создатели, система способна выполнять простые алгоритмы. Для производства кубитов Intel использовала свои 300-миллиметровые подложки (как на изображении выше), полностью очищенные от каких-либо изотопов. Это только первое тестовое производство, но в ближайшие месяцы компания обещает нарастить объемы производства и довести его до нескольких подложек в неделю. Каждая такая подложка может содержать несколько тысяч массивов спиновых кубитов.

Intel разрабатывает спиновые кубиты, работающие при более высоких температурах

25 комментариев

  1. uran

    Интересно, что рабочие температуры новых вычислительных технологий близки к космическим температурам, значит в нужном направлении идёт прогресс. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • pupsikizada

      uran, Температура хранения материала в банке спермы тоже близка к космической. Намекаете?) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • vesarion

      uran, Учтите, что на орбите звезды вы будете постоянно греться в ее лучах. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • Ystyr

        vesarion, Достаточно поставить зеркало, и лучи улетят обратно.
        С другой стороны, мы живём на Земле, и не понятно, почему близость к космическим температурам должна нас радовать.

  2. Megard

    не понял фразу "Спиновые кубиты могут работать при температуре 1 кельвин. Сверхпроводящие кубиты необходимо охлаждать до 20 милликельвинов, что в 50 раз холоднее и намного дороже."
    1 Кельвин = -272,15 Цельсия, абсолютный ноль = −273,15 Цельсия, каким образом может быть в 50 раз холоднее?!

    • Crow

      Megard, 1 Кельвин и 0,02 Кельвина, разница в 50 раз

    • Transchelovek

      Megard, Вы же сами ответили на свой вопрос а потом его задаёте) В количестве тепла дело. Разница в количестве тепла между 1 Кельвина и абсолютным нулём - 50 раз. Абсолютный ноль измерим не только в Цельсии. Если не понятно - не бывает минусового понятия количества тепла. Градусы - условное измерение. Q=cm(t_2-t_1 ) ,

      где Q – количество теплоты,
      m – масса тела,
      (t_2-t_1 ) – разность между начальной и конечной температурами тела,
      c – удельная теплоемкость вещества, находится из соответствующих таблиц.

      • rooter

        Transchelovek, 0x50=1 ?

        • Transchelovek

          rooter, не вижу смысла копировать то что я написал и приводить в качестве объяснения ещё раз) 0 это не количество теплоты, а t1 или t2 в формуле. Такое ощущение что спрашивают только школьники) Это же всё загуглить можно.

  3. Transchelovek

    Это самое перспективное направление в вычислительных системах, только с помощью него и возможно создание полноценного ИИ и действительно квантовых компьютеров, основанных на спиновых вычислениях.

    • Aladdin

      Transchelovek, откуда знаете?

      • Transchelovek

        Aladdin, потому что на обычной двоичной логике это точно не возможно)

        • Ystyr

          Transchelovek, Обоснуйте невозможность существования ИИ на двоичной логике?

          • Transchelovek

            Ystyr, мозг имеет трехмерную структуру, более 20 способов передачи импульса по нейронам и хранения информации, в обычной двоичной логике наблюдаем двухмерность, только 1 способ передачи информации, хранение и вычисление выполняют разные части компьютера. что ещё более усугубляет сложность создания ИИ на его базе. Плюс уже предпосылки в новости появления квантового компьютера - 100 кубитный квантовый комп обойдёт любой существующий на данный момент суперкомпьютер в производительности, а значит нецелесообразно создавать ИИ на базе обычной логики - это равносильно возложению на обезьяну обязанностей человека. Пусть может и будет когда-нибудь создан ИИ на двоичной логике, но только в качестве эксперимента и уже после создания такового на спиновых вычислениях. К тому же для ИИ необходимы квантовые вычисления, что всюду внедряются в данной области. То есть фактически обычная двоичная логика уже отпала как"чистый" вариант - на ней получился бы тот ещё "тормоз".

            • Ystyr

              Transchelovek, Ага, Ваш коммент наконец отобразился. Отвечаю:
              "более 20 способов передачи импульса по нейронам и хранения информации".
              В рамках двоичной логики может быть использовано гораздо большее количество способов передачи и хранения информации, хоть миллиарды, если нужно.
              "в обычной двоичной логике наблюдаем двухмерность"
              Не понятно, что подразумевается под двухмерностью. Двоичная логика может описывать пространство с произвольным количеством измерений. Хоть миллиарды, если нужно.
              "хранение и вычисление выполняют разные части компьютера"
              Это вопрос не к двоичности логики, а к Фон-Неймановской архитектуре. Тем не менее архитектурные проблемы и узкие места на прямую к ИИ отношения не имеют, так как влияют лишь на скорость работы алгоритма, а не на его интеллектуальность.
              "100 кубитный квантовый комп обойдёт любой существующий на данный момент суперкомпьютер в производительности"
              В узком классе специфических алгоритмов - да. Оценки производительности KK в алгоритмически полном пространстве, куда более скромные: "не медленнее, чем классический компьютер"(c)
              "К тому же для ИИ необходимы квантовые вычисления"
              Вот это, в общем-то центральный вопрос, который я Вам задал - обосновать необходимость квантовых вычислений для ИИ, пока, ответом не удовлетворён.

              • Transchelovek

                Ystyr, Ну, удовлетворять ответом я никого не намерен))) Если вы имитируете различные способы передачи нейроимпульса, то в двоичной логике сложность вычислений возрастает в геометрической прогрессии - простой логический вывод. Как строить пирамиду с идеальными гранями из квадратных кубиков - рано или поздно разницы не будет со стороны и издалека, как если бы вы строили её из более геометрически подходящих фигур, но разница в скорости исполнения - огромна. По поводу примитивности двоичной логики можно провести параллель ещё в попытках программистах запустить на устаревших компьютерах новые игры. Понятие сверхтьюрингового вычисления - очень примитивно и очень идеализированно, это скорее теория - даже через ваше тело, в том числе и через мозг пролетает мизерное количество заряженных частиц из атмосферы, фоновое излучение. Их достаточно чтобы вызывать изредка спонтанную мозговую активность которую сознанием вы не замечаете, но для повышения аварийности на дорогах во время солнечных бурь народу достаточно - мозг не изолирован от помех на 100%.
                По поводу оценки вычислений в КК не согласен. Если скажем, Вассерман будет решать пример 2+2 - многие преуспеют в скорости, потому что у него медлительное рассуждение для среднего человека, но как только дойдёт дело до решения сложных задач - он решает их с той же скоростью, что и простые. Средний же человек не решит их вообще. Надеюсь, Анатолий Александрович не обидится за аналогию, она достаточно грубая во всех отношениях)
                Т.е. в вопросе ИИ скорость решения простых задач - не актуальна, так как имеет значение скорость решения сложных - они решаются с помощью квантовых уравнений, в чем-то похожих на алгоритм сортировки, если вы понимаете о чем я, только "сортировка" происходит не с одного конца данных, а со стольки, со скольки позволит спиновый процессор и суперпозиции.
                Сымитировать ИИ может и можно на двоичной логике, но было бы крайне затратно и нелогично. Повторюсь, в ИИ используются квантовые уравнения для решения задач, а для них в свою очередь более подходят спиновые транзисторы и суперпозиции) "Телегу с сеном и человек сможет тянуть, но справится с этим лучше лошадь"
                Если Вы и до сих пор не согласны, то Ваше право. Мои знания вполне позволяют утверждать, что двоичная логика - слишком примитивна для искусственного сознания. Плюсом в мою корзину то, что каждый нейрон - и запоминающее и вычисляющее устройство. Транзисторы в двоичной логике больше напоминают аксоны, чем полноценные нервные клетки)
                Рискну предположить, что для полноценного ИИ потребуются не только КК, но они ещё должны быть и трёхмерными, хотя для начала сошли бы и в аналогичном текущему разрабатываемому варианту)(Имею ввиду подобие мемристорной памяти, устройство её в КК-варианте не осмелюсь предполагать)

                • Ystyr

                  Transchelovek, "Если вы имитируете различные способы передачи нейроимпульса..."

                  Cсовершенно неясно, зачем нам имитировать нейроимпульсы? Если Вы строите модель мозга, то да, чем не имитируйте, реальное устройство будет продуктивнее, и тут дело не в бинарности, двоичный код - лишь способ представления значений.

                  "Понятие сверхтьюрингового вычисления - очень примитивно и очень идеализированно"
                  Собственно, о чем я и написал. Квантовые процессоры, разумеется значительно ускорят решение определённых задач, таких, как упомянутая Вами сортировка, но не добавят им ни универсальности, ни интеллектуальности. Интеллект не в грубой вычислительной силе, грубая сила, как известно, противопоставляется интеллектуальному подходу. При вычислительной мощи, стремящейся к бесконечности, интеллект становится ну вообще не нужным и даже вредным.
                  "Повторюсь, в ИИ используются квантовые уравнения для решения задач"
                  Где используется, кем, и, главное, зачем?

                  • Transchelovek

                    Ystyr, не вижу смысла продолжать диалог, коль приходится объяснять каждое слово) Для меня всё достаточно ясно, однако слишком много времени тратить на разъяснение фраз, а не на обмен фактами - дело убыточное)

                    • Ystyr

                      Transchelovek, Как пожелаете, однако, укажу на подмену понятий.
                      "зачем нам имитировать нейроимпульсы?"
                      Очевидно - не просьба объяснить слово, "имитировать" и слово "нейроимпульсы", это вопрос побуждающий поделиться соображениями по этому поводу.
                      То же касается вопроса об использовании квантовых уравнений в ИИ (я бы ещё добавил вопрос, о какой парадигме ИИ идёт речь, в контексте данного упоминания?)
                      Как видно, ни в одном случае, не было запроса на разъяснение отдельных слов, что ставит под сомнение Вашу мотивацию обмениваться фактами, запрос на которые был непосредственно осуществлён.

          • Transchelovek

            Ystyr, плюс на данный момент как ни крути, все существующие "ИИ" сегодня не представляют из себя что-то серьезнее сложного чат-бота, что тоже косвенно подтверждает невозможность данного изобретения на двоичной логике при наличии переходных технологий. Надеюсь, первый комментарий Вам отображается. "Ваш комментарий ожидает проверки".
            Вся шумиха в СМИ - реклама с целью привлечения инвестиций и ускорения действительно стоящих работ по этой теме, пока даже близкого к ИИ не изобрели, если вникнуть в суть вопроса.

            • Ystyr

              Transchelovek, Нет, первый коммент не отображается, видимо, содержит ссылку на сторонний ресурс.
              По, предположительно, второму: тема невозможности ИИ на двоичной логике не раскрыта.
              Причины недостатков текущих достижений машинного обучения лежат не в двоичности логики. А прежде всего в отсутствии общей теории индуктивного вывода, применимой для вычислений с ограниченными ресурсами.
              Да и хотя бы потому, что они даже не приблизились к общему оперированию в рамках вычислимого в двоичной логике.
              Доказательством вашего утверждения, мог бы быть пример системы, способной регрессировать любые двоичные данные к двоичной же функции, но не способную на решение какой-то задачи (любой) которую естественный интеллект достоверно может решить. Но, можете не утруждать себя поисками, такой системы не существует. По крайней мере, пока.

            • Ystyr

              Transchelovek, Если Вы надеетесь, что квантовые компьютеры будут способны на сверхтьюринговые вычисления, Вас ждёт разочарование, сверхтьюринговые вычисления - чисто теоретическая вещь, требующая одну "маленькую" деталь - вычисление вещественных чисел с бесконечной точностью, на что ни одна известная технология, ни, даже теоретический концепт вовлекающий известные физические процессы не способны. Не существует доказательств, что на это способен и естественный интеллект.

              • Transchelovek

                Ystyr, мозг имеет трехмерную структуру, более 20 способов передачи импульса по нейронам и хранения информации, в обычной двоичной логике наблюдаем двухмерность, только 1 способ передачи информации, хранение и вычисление выполняют разные части компьютера. что ещё более усугубляет сложность создания ИИ на его базе. Плюс уже предпосылки в новости появления квантового компьютера - 100 кубитный квантовый комп обойдёт любой существующий на данный момент суперкомпьютер в производительности, а значит нецелесообразно создавать ИИ на базе обычной логики - это равносильно возложению на обезьяну обязанностей человека. Пусть может и будет когда-нибудь создан ИИ на двоичной логике, но только в качестве эксперимента и уже после создания такового на спиновых вычислениях. К тому же для ИИ необходимы квантовые вычисления, что всюду внедряются в данной области. То есть фактически обычная двоичная логика уже отпала как"чистый" вариант - на ней получился бы тот ещё "быстряк"

  4. Jeck

    Мне кажется, что человек по сути биоробот. Его мозг связан с Внешними силами. Они его ведут по жизни. И человеку кажется, что Он всемогущ. Когда Те силы отворачиваются от человека, тот деградирует до биоробота. Это отражается в психике-реакции на внешние проявления. По сему, ИИ не имеющий связи с высшими силами обречён остаться роботом-машиной по программе. Эффект самообучения всё же ограничен зоной программирования. Скорость вычисления может и возрастёт. Но суть останется. Высшие силы помогают оценить ситуацию ЗАБЛАГОВРЕМЕННО. Их подсказка идёт через внутренний голос-Чутьё. Но поймите, это не ваше свойство. И благодарите судьбу, что вас ведут не чёрные, а белые ангелы.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.