Современная электроника №9/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2022 го управления и аналоговые линии для персональной связи с кубитами. Эти особенности стараются учитывать все производители квантовых вычислите- лей. Поэтому количество приемлемых типов структуры квантовых вычисли- телей тоже ограничено. Например, лидирующая в этом направлении канадская фирма D-Wave использует в конструкциях своих про- цессоров для квантовых вычислителей с отжигом всего три основных типа топологий: Chimera; Pegasus; Zephyr. Конструкция одного из наиболее известных вычислителей QPU D-Wave 2000Q содержит 2048 кубитов и 6016 ответвителей, соединённых в тополо- гии Chimera. Кубиты в элементарной ячейке QPU в топологии Chimera имеют форму удли- нённых петель (рис. 10) [37]. Каждый кубит связан с четырьмя другими в пределах своей ячейки через встроен- ные соединительные элементы. Меж- ду собой элементарные ячейки вза- имодействуют с помощью внешних цепей, которые соединяют коллинеар- ные пары кубитов в одной строке или столбце. Внутри каждой ячейки также размещены цифро-аналоговые объеди- нительные устройства (SDACFF), кон- струкция которых была рассмотрена выше. В процессорах с топологией Pegasus элементарная ячейка состоит из 48 кубитов, половина петли которых принадлежит одной ячейке, а другая половина находится на территории соседней ячейки (рис 11) [38]. Куби- ты ориентированы вертикально или горизонтально, аналогично тому, как это сделано в топологии Chimera. Раз- ница заключается в том, что в случае Pegasus внутренние ответвители сое- диняют пары ортогональных кубитов с противоположной ориентацией. Каж- дый кубит соединён с 12 другими куби- тами с помощью внутренних комму- тирующих линий. В этой топологии существуют три разные функциональ- ные группы соединителей: внутренние (internal couplers), внешние (external) и дополнительные (odd couplers). При этом кубиты в каждой из групп объеди- няются по специальным схемам. Связанные кубиты показаны на рис. 11 в виде горизонтальных и верти- кальных петель. Горизонтальный кубит №1 в центре, а также его нечётный сое- динитель (odd coupler) и парный кубит, выделенные красным, внутренне связа- ны (internally coupler) с вертикальны- ми кубитами, в парах от 3 до 8. Каждая пара и её нечётный соединитель (odd coupler) внешне (externally coupler) свя- заны с горизонтальными кубитами 2 и 9. Они показаны разными цветами. В новом процессоре QPU D-Wave применяется топология следующего поколения, названная «Zephyr», в кото- рой кубиты ориентированы вертикаль- но или горизонтально, как в Chimera и Pegasus, и связаны объединителями трёх типов, аналогичными «Pegasus coupler». Кубиты в топологии Zephyr имеют шестнадцать внутренних сое- динителей, связывающих их с орто- гональными кубитами. Кроме того, предусмотрены два дополнительных внешних и два нечётных соедините- ля. Фрагмент топологии Zephyr пока- зан на рис. 12 [39]. Таким образом, существующие тех- нологии квантового отжига позволя- ют решать сложные задачи с алгорит- мами на базе графов с сотнями тысяч вершин. Правда, нужно ещё раз под- черкнуть, что квантовый отжиг даёт не точное решение, а позволяет полу- чить лишь только результат с вероятно- стью, наиболее приближённой к опти- мальному ответу. Современные квантовые вычислите- ли – это сложные технические устрой- ства стоимостью в миллионы долларов США. Поэтому ведущие разработчи- ки и производители QPU предлагают воспользоваться облачными сервиса- ми, позволяющими бесплатно в тесто- вом режиме получить навыки работы с квантовыми вычислениями и оценить необходимость приобретения такого устройства. Например, D-Wave поддерживает интернет-портал «The Leap™ Quantum Cloud Service», который предоставляет в реальном времени удалённый доступ к одному из современных квантовых вычислителей [40]. Кроме того, в линейке продукции D-Wave есть мощное программное средство «Ocean», позволяющее подо- брать соответствующий квантовый алгоритм и адаптировать его под кон- кретную задачу пользователя. Сервис другой известной фирмы «Amazon Braket», предназначенный для удалённых квантовых вычисле- ний в облаке, позволяет запускать соб- ственные алгоритмы в симуляторе или на реальном оборудовании для кванто- вых вычислений (QPU). На этой плат- форме процесс программирования может быть реализован с помощью Amazon Braket SDK с использованием языка Python [41]. Удалённое обслуживание разработ- чиков алгоритмов квантового отжи- га, предназначенных для конкретных приложений, таких как машинное обучение, оптимизация городского трафика, квантовое моделирование и других, предлагает испанская фирма Qilimanjaro Quantum Tech [42], кото- рая работает в рамках «Проекта Евро- пейской комиссии AVaQus H2020» по квантовому отжигу [43]. Наряду с интенсификацией развития направления разработок оборудова- ния для квантового отжига в последнее время наблюдается также рост новых публикаций о достижениях в области эмуляций квантового отжига. Это отно- сительно новое направление, разрабо- танное концерном Fujitsu, получило название «Цифровой отжиг – Digital Рис. 10. Кубиты в элементарной ячейке QPU D-Wave 2000Q в топологии Chimera имеют форму удлинённых петель, соединённых между собой [37] Рис. 11. Топология Pegasus в квантовых вычислителях D-Wave [38] Рис. 12. Фрагмент топологии Zephyr в квантовых вычислителях D-Wave [39]