Знакомьтесь, Deltaflow.OS: ученые создали первую операционную систему для квантовых компьютеров

квантовый компьютер, квантовые вычисления
Фото: DNA TV

Эксперты уверены, что квантовая революция — не за горами.

Квантовые вычисления — одна из сфер, которая стремительно развивается в 2021 году. Недавно ученые из IBM на практике доказали превосходство квантовых процессоров перед классическими аналогами. Затем исследователи из КНР смогли стабилизировать и успешно работать с 56-кубитной системой. А теперь специалисты из британского стартапа Riverlane и американской компании Seeqc создали и протестировали микросхему для квантовых вычислений, имеющую интегрированную операционную систему для управления рабочим процессом и кубитами. Эксперты уверены, что квантовая революция не за горами.

Об этом сообщает издание tomshardware.com.

Зачем квантовому компьютеру нужна операционная система

Новый чип, созданный консорциумом инженеров и программистов, делает возможным масштабируемость квантовых вычислений. Ученые ставят цель — довести количество кубитов до миллионов, но пока максимум, который они могут позволит, — это 76-кубитная система, позволившая Китаю претендовать на квантовое превосходство. Конечно, есть и другие способы масштабирования, кроме увеличения количества кубитов — развертывание нескольких микросхем в одной автономной системе или связка из нескольких отдельных систем. И в этом смысле квантовая операционная система (ОС) имеет первостепенное значение.

В июне разработчики презентовали первую в мире ОС для квантовых компьютеров, работающую на компактном процессоре (это означает, что операционка может исправно функционировать, независимо от типа устройств). Называется она Deltaflow.OS, а ее создание обошлось в £7,6 млн — именно такую сумму выделило правительство Великобритании в качестве гранта.

Сооснователь Seeqc, Мэттью Хатчингс, уверен, что данная разработка поможет коммерциализировать квантовые вычислители в будущем, точно так же, как микрочипы сделали доступной практически любую смарт-технику. Пока что квантовые компьютеры занимают целую комнату, и, как вы знаете, раньше обычные компьютеры были тоже такими же большими. Но прошли годы, и теперь компьютер помещается у нас на ладони. То же самое произойдет и в сфере квантовых вычислений, уверен эксперт.

Стоит отметить, что Deltaflow.OS Riverlane — это ОС с открытым исходным кодом, доступная на Github. Разработчики намеренно ​​использовали открытый подход для скорейшего выхода на рынок. И в этом есть смысл, поскольку более 50 квантовых компьютеров, уже построенных по всему миру, работают на независимо разработанном программном обеспечении, поэтому пока что не существует единого стандарта в отношении систем развертывания и управления квантовыми компьютерами.

Deltaflow.OS Riverlane, операционная система
Операционная система Deltaflow.OS Riverlane
Фото: Riverlane

Как работает квантовая операционная система

Программисты из Riverlane создали многоуровневую SoC (SoC — система на кристалле) — Digital Quantum Managament (DQM). Она объединяет классические вычислительные возможности с квантовой механикой. В работе системы задействован сопроцессор Single Flux Quantum (SFQ), который позволяет ОС взаимодействовать с кубитами — управлять ими, считывать и обрабатывать данные, а также исправлять ошибки. Этот подход дает множество преимуществ, поскольку ресурсы SFQ совмещены и интегрированы с кубитными чипами в криоохлаждаемой среде, что в разы повышает эффективность управления кубитами, снижает уровень шума, минимизирует количество ошибок и пр. Исследователи применили некоторые принципы классических вычислений. В частности такой: чем ближе находятся кубиты, тем они производительнее. Это позволяет ОС работать и размещается рядом с активными кубитами, фактически выполняющими вычисления.

Благодаря усилиям Riverlane и Seeqc, вся экосистема теперь может стать более сплоченной, что даст возможность сообща решать проблемы развертывания и эксплуатации решений квантовых вычислений на кристалле, вырабатывая общие стандарты.

кубит, процессор, схема, инфографика
Схема работы кубитов и сопроцессора Single Flux Quantum

Когда мы сможем воспользоваться квантовыми компьютерами?

Физик Шимус Дэвис из Ирландии считает, что это произойдет совсем скоро. А все благодаря его открытию, которое он вместе с коллегами совершил в июне 2021 года. Началось все пять лет назад, когда профессор Дэвис начал конструировать специальный микроскоп с тем, чтобы выявить в купратах (купраты — сложные соединения оксидов меди, — ред.) квантовое состояние двух взаимодействующих электронов, позволяющее достичь сверхпроводимости. Дело в том, что сверхпроводники крайне важны для работы квантовых вычислителей, но есть одна проблема: сами сверхпроводники способны работать при очень низкой температуре -270°С. Дэвис пытался выяснить, обладают ли обычные полупроводники таким эффектом, который бы обеспечил сверхпроводимости при комнатной температуре. Оказалось, что да — обладает. А увидеть, как это происходит он смог в этом году при помощи своего супермикроскопа.

Ранее мы сообщали о том, что ученые усовершенствовали квантовые вычислители необычным способом, и теперь кубитные системы будут работать намного стабильнее.