IBM Quantum: модульная криогенная система для квантовых компьютеров

Джерри Чоу и Оливер Дайал показывают действующую модульную криогенную систему IBM Quantum в Покипси. Они объясняют, как соединяются охлаждаемые секции, какие температуры достигаются внутри установки и зачем такая архитектура нужна для будущего квантового компьютера Starling.

Прямоугольные криостаты можно соединять в цепочку, проверять по отдельности и перевозить к месту установки. По данным IBM Quantum, два прототипа уже соединены и работают вместе.

Текст перевода

Знакомство с лабораторией IBM Quantum

00:00 · Оливер Дайал — Джерри, начнёшь?

00:05 · Джерри Чоу — Привет, я Джерри Чоу, технический директор по квантовым супервычислениям в IBM Research. Заходите.

00:16 · Джерри Чоу — Добро пожаловать на объект IBM Quantum. Здесь находится большинство наших квантовых компьютеров, доступных через облако.

00:23 · Джерри Чоу — За мной IBM Quantum System Two с одними из лучших в мире квантовых процессоров Heron и Nighthawk.

00:30 · Джерри Чоу — Здесь мы ведём исследования и разработку отказоустойчивого квантового компьютера Starling. Давайте осмотримся.

Криогенная инфраструктура

00:40 · Джерри Чоу — Это помещение криогенной инфраструктуры. Она обеспечивает охлаждение многих наших систем.

00:50 · Джерри Чоу — На этих панелях видно, как используются наши компьютеры по всему миру: сколько квантовых схем выполнено и насколько системы доступны.

01:00 · Джерри Чоу — Пройдём дальше. Покажу модульную криогенную систему, которая поможет создать следующее поколение отказоустойчивых квантовых компьютеров IBM Starling.

Работающая модульная система

01:13 · Джерри Чоу — Это Оливер Дайал. Оливер, что мы видим?

01:16 · Оливер Дайал — Это первая демонстрация новой модульной архитектуры: секции соединены в единую систему и уже охлаждены.

01:24 · Оливер Дайал — Это не макет для выставки. Система действительно работает. Хочешь потрогать?

01:30 · Оливер Дайал — Высота и ширина системы — по два с половиной метра. Рука Джерри всего в двадцати сантиметрах от пластины с температурой пятнадцать милликельвинов.

01:39 · Оливер Дайал — А в центре — в сто восемьдесят раз холоднее, чем в глубоком космосе.

01:46 · Оливер Дайал — За этой дверью вакуум. На каждый квадратный дюйм её поверхности действует сила в двадцать два фунта.

01:52 · Оливер Дайал — Даже если открыть все защёлки, я не смогу вытянуть дверь за ручку, сколько бы ни старался.

01:59 · Оливер Дайал — Даже если прицепить к ней пикап и резко рвануть, дверь не откроется.

02:04 · Оливер Дайал — А вот модули. Они стоят не на полу, а на шариковых опорах.

02:08 · Оливер Дайал — Модульная конструкция позволяет разобрать цепочку, испытать каждую секцию, отправить её к месту установки и снова соединить секции в большой квантовый компьютер.

Температура и управление

02:22 · Джерри Чоу — Я люблю видеть конкретные цифры. Давай посмотрим на панели управления, какая сейчас температура в системе.

02:30 · Оливер Дайал — Здесь показана температура всех пластин внутри холодильной системы. В этой секции сейчас около двадцати трёх милликельвинов.

02:38 · Оливер Дайал — Это на двадцать шесть тысячных градуса выше абсолютного нуля. Внизу стоит нагреватель.

02:44 · Оливер Дайал — Он имитирует тепло, которое выделяли бы настоящий квантовый процессор, проводка и электроника.

02:50 · Джерри Чоу — Да, если бы ты его отключил, мы бы это услышали. Теперь сюда.

Прямоугольные криогенные секции

02:59 · Оливер Дайал — Здесь одна из секций открыта. Такая конструкция отличается от привычного рефрижератора растворения.

03:09 · Оливер Дайал — Обычно такие установки цилиндрические. Мы же сделали прямоугольные секции с открывающимися дверями.

03:17 · Оливер Дайал — Теперь представьте целую цепочку таких секций. Для Starling потребуется около двенадцати систем подряд — длинный криогенный коридор, немного холоднее глубокого космоса.

Суперизоляция и конструкция двери

03:30 · Джерри Чоу — Оливер, покажи.

03:32 · Оливер Дайал — Это суперизоляция: много слоёв майлара и изоляционного пластика. Когда система охлаждена, за дверью первым находится именно этот материал.

03:42 · Оливер Дайал — Он защищает холодную систему от теплового излучения снаружи — как спасательное или противопожарное одеяло.

03:49 · Оливер Дайал — Джерри, надень это как плащ!

03:51 · Джерри Чоу — Хочешь, чтобы я надел?

03:52 · Оливер Дайал — Да!

03:54 · Оливер Дайал — Нас часто спрашивают, зачем на двери эти рёбра, похожие на вафлю.

04:03 · Оливер Дайал — Почему дверь такая сложная? Чтобы снизить её вес.

04:06 · Оливер Дайал — Вы видели, как тяжело её открывать и закрывать. Одна только дверь весит около семисот фунтов — примерно триста восемнадцать килограммов.

04:14 · Оливер Дайал — Поэтому петли и смазка так важны.

Инженерная программа Starling

04:17 · Джерри Чоу — На этом объекте мы испытываем около шести таких систем для Starling. Чтобы всё заработало, нужно решить много инженерных задач.

04:26 · Джерри Чоу — Мы совместно проектируем всю инфраструктуру, а криогенная система — лишь одна её часть.

04:33 · Джерри Чоу — Давай пять! Или ударим кулаками?

04:38 · Джерри Чоу — Надеюсь, вам понравилось знакомство с нашим центром в Покипси. Здесь работают системы, и идёт большая инженерная работа. А нам пора возвращаться к делу. До встречи!