Контрактное производство сверхпроводниковых квантовых процессоров

Как и в случае с классической кремниевой электроникой, модель производства чипов QPU (Quantum Processing Unit) по дизайну заказчика может оказаться довольно значимой в условиях быстрорастущего квантового рынка и взрывного спроса на аппаратную часть. Поэтому думаем, что настал момент пристально рассмотреть уже возникающее предложение на оказание подобных услуг всем желающим и могущим.

Ниже - краткий обзор и анализ стартапов, которые уже работают по модели контрактного производства, либо же явно собрались заняться этим в ближайшем будущем.

QuantWare

Один из наиболее явных «открытых» коммерческих вариантов. Компания из Дельфта (Нидерланды) предлагает услуги по производству на заказ чипов со сверхпроводниковыми кубитами, созданных на базе своей платформы VIO, и позиционирует себя как поставщика для системных интеграторов, а не только как вертикально интегрированную компанию по производству квантовых компьютеров. В своих публичных материалах компания подчеркивает поддержку на всех этапах - от проектирования до производства - а также представляет план развития от нынешних двумерных архитектур разводки к более концептуально сложным устройствам.

В конце 2025 года компания анонсировала Kilofab - фабрику по производству QPU промышленного масштаба, запуск которой запланирован на 2026 год, что подтверждает намерения стать масштабной производственной платформой, а не просто нишевым поставщиком чипов.

Тем не менее, компания очень молода, а заявления в дорожной карте амбициозны - обещают упакованные 10 тыщ кубитов уже в 2028 году. Ну и очевидный факт: в условиях возникающей технологии в целом трудно рассчитывать на стабильность в производстве очень больших объемов квантовых чипов с высоким выходом годных и достаточной отказоустойчивостью.

SkyWater Technology

В настоящее время предлагает производство сверхпроводящих кубитов, квантовых процессоров и криогенной управляющей электроники. Исторически SkyWater - это полупроводниковый производитель, который решил перепрофилироваться и адаптироваться к сверхпроводниковой платформе, а не квантовый стартап, который вынужденно занимается производством чипов. Компания также указывает на актуальность контрактного производства благодаря работе, связанной с D-Wave и более поздним проектам в области сверхпроводимости.

Судя по открытым материалам SkyWater, предложения по сверхпроводниковым устройствам, по всей видимости, представляют собой в первую очередь индивидуальную модель «TaaS» (услуги на основе технологии) или совместной разработки, хотя компания также позиционирует себя как коммерческий поставщик. Кроме того, IonQ в январе 2026 года объявила о соглашении по приобретению SkyWater. Ожидается, что SkyWater продолжит обслуживать внешних клиентов после закрытия сделки, но сам факт сделки может как усилить квантовую направленность, так и вызвать опасения у некоторых покупателей относительно каналов сбыта.

В сухом остатке - наиболее «фабричный» вариант из доступных, что может быть важно для клиентов, которым нужен серьезный партнер по производству, а не небольшая чистая комната институтского формата.

Продолжение следует...

(ставьте реакции, если эта тема зашла, и мы напишем еще о парочке компаний)

👋

Контрактное производство сверхпроводниковых квантовых процессоров (окончание, начало - выше)

SeeQC / Hypres foundry

Компания SeeQC примечательна тем, что по сути является спин-оффом другой высокотехнологичной компании Hypres которая много лет разрабатывает сверхпроводниковую классическую электронику на одноквантовой логике и имеет огромный опыт постановки технологии. На сайте SeeQC прямо говорится, что компания может производить "практически любые сверхпроводниковые чипы" для коммерческих, научных и государственных заказчиков, включая проектирование, изготовление, криогенные испытания и упаковку. Помимо квантовых процессоров, предложение также охватывает смежную экосистему сверхпроводящей электроники, которая может стать незаменимой для управления многокубитными системами при низких температурах.

Предположим, что этой компании можно доверять, если в архитектуре заказчика требуется сверхпроводниковая электроника управления/считывания данных, или же у заказчика есть заинтересованность в тесном сотрудничестве в области проектирования микросхем, их упаковки и криогенных испытаний.

Rigetti Quantum Foundry

Лучше всего подходит для клиентов, которые хотят получить доступ к специализированному квантовому производственному цеху с глубоким технологическим ноу-хау.

Компания Rigetti говорит, что она построила первый в мире специализированный квантовый foundry, предлагает линейку тестовых устройств, и естественно, готова продавать услуги по производству чипов на заводе Fab-1 во Фримонте. Это дает ей реальный авторитет в области изготовления сверхпроводящих кубитов, передовых микроволновых устройств и специализации процессов, чего часто не хватает foundy более общего назначения.

Вариант технически мощный и, вероятно, очень подходящий для искушенных клиентов. Однако, стратегически Rigetti по-прежнему является, в первую очередь, разработчиком и оператором собственных QPU, поэтому некоторые клиенты могут не решиться использовать потенциального конкурента в качестве контрактного производителя. На практике это может снизить привлекательность Rigetti по сравнению с более нейтральным поставщиком.

AIST Qufab

Лучше всего подходит для создания прототипов, совместного доступа заказчика к техпроцессам и заинтересует пользователей, которым требуется контрактное производство сверхпроводниковых чипов, но без больших затрат.

Qufab необычайно откровенна: AIST заявляет, что она управляет технологическим производством, ищет клиентов и предлагает как исследовательские, так и коммерческие услуги для создания сверхпроводниковых схем и устройств, включая совместные испытания пластин. В опубликованных материалах описывается технологический процесс и график работы на 2026 финансовый год.

Риски состоят в том, что предложение больше похоже на услуги продвинутой чистой комнаты открытого доступа и университетского уровня, чем на высокотехнологичное предприятие по производству QPU. Это подходит для создания прототипов и раннего производства; менее очевидно, хороший ли это вариант для многосерийного производства по контракту. Кроме того, из информации о доступных техпроцессах напрашивается вывод, что они не очень-то адаптированы под QPU и скорее были разработаны для классической сверхпроводниковой электроники.

👋

⏰🛠🗓

Один из самых трудных моментов в работе физика-экспериментатора - вовремя осознать, что измерения пора закончить. Обычно этот момент наступает, когда с текущим образцом или с текущей экспериментальной схемой уже показано все, что можно сделать в ограниченное время доступными методами, ну или выясняется что важная часть эксперимента не работает. Дальше уже начнется хождение по кругу, а значит, эксперимент нужно закончить.

Но загвоздка в том, что в случае положительных результатов, на практике статью все равно начинаешь писать сильно позже, когда уже все измерения завершены, а может быть, и образец не функционирует, и схема разобрана. Ну и вот, обрабатываются данные, пишется статья, а потом внезапно понимаешь "...для внутренней логики в статье сейчас нехватает измерения, которое не было сделано, и ничем его не заменить". Эти "домеры" на практике превращаются в адскую задачу, особенно если рецензент вашего черновика потребовал что-то доделать: повторять эксперимент бывает трудно, иногда невозможно.

Конечно, хорошо, если подготовка к эксперименту изначально проведена тщательно: четкий план того, что и как измерить, предусматривающий возможные варианты работающих или не работающих элементов эксперимента. Тогда с хорошим шансом ничего домерять не придется. Но всего не предусмотришь, особенно если делаешь что-то значительно новое, с не очень изученным образцом/устройством, либо в сложной измерительной схеме установки. Отдельная история, ещё более трудная - с "гостевыми" или "выездными" измерениями: эксперимент делают коллеги, либо вы делаете его на другой установке, которая не полностью в вашем распоряжении - на все вышеописанное могут наслаиваться трудности взаимодействия, расписание других экспериментов....брр, трудно.

Для разбавления чересчур мрачных красок скажем, что серьезные просчеты случаются не так часто, эксперимент все таки обычно планируется, а "полировкой" уже полученного результата часто пренебрегают, если это не критично. Если повезло с рецензентами и они знают толк в эксперименте - никто не отправит вас домерять серьезные вещи, понимая, насколько это проблемно.

🎉🎉🎉

С удивлением узнали, что сегодня, 14 апреля - всемирный день квантовых технологий. Никогда не догадаетесь, почему 🫠

Оказывается, постоянная Планка равна 4.135... · 10^-15 эВ · с, и если округлить, получится 4.14 🤷
Хоть с постоянной Планка в таких единицах работают, мягко скажем, далеко не все физики, но почему бы и не попраздновать🥳

Так что, хэппи квантум дэй 😁

🎙✍️

Авторы нашего канала дали интервью для портала Спарк, освещающего развитие квантовых технологий. Поговорили о физике сверхпроводниковых кубитов и о перспективах построения практически полезных квантовых устройств.

Подписывайтесь на коллег! И на нас, конечно, тоже, если ещё не ☺️

Перспективные технологии в области физики и техники можно разделять на разные категории. Попробуем сделать это так:

🔤. Технология проработана, полный производственный цикл понятен, хорошо описан, и может реализовываться многими компаниями, можно просчитать юнит-экономику, после чего остается только завершить внедрение и получать добавленную стоимость;

🔤. Основные принципы технологии понятны, продемонстрировано, что она может приносить существенную выгоду, но имеются серьезные технические ограничения, мешающие осуществлять внедрение; реальные сроки полезного применения не ясны;

🔤. Имеется отдаленная перспектива полезных устройств, принцип работы которых формально изложен, но технические или физические ограничения столь существенны, что до сих пор не показаны даже прототипы; в этой ситуации даже не выходит рассуждать о возможном внедрении.

Возможно, этот подход сильно упрощен, желающие могут посмотреть на списки УГТ/что там еще бывает, сделать некоторые сравнения.

Но мы вот о чем: в современном инфополе часто бывает, что технологии из списка В преподносятся как стоящие на уровне Б или даже А, вводя таким образом в заблуждение общественность, точнее, ту ее часть, которая детально не знакома с обсуждаемой технологией.

Обычно повод для этого - маааленький шажок в виде научной работы, суть которой состоит в демонстрации небольшого продвижения технологии уровня В. Это продвижение, вполне возможно, делает технологию немного ближе к уровню Б, однако, вряд ли одна работа может перевести целый подход или технологию из В в Б целиком.

Что вы увидите в новостях по этому поводу: "Ученые впервые показали что такая-то технология достигает уровня А и скоро будет внедрена туда-то и туда-то." Либо вы специалист, полезете разбираться - а если нет, то вы, так же как и огромное число людей, будете думать о бесполезных (пока что) вещах как о чем-то крайне перспективном.

Выводов не будет, но предлагаем взглянуть критически на разные популярные и нашумевшие технологии последних лет, попытаться отнести их к одному из наших классов, а потом посмотреть, а что же об этом пишут 🤷

🌪

Стоило чуть вспомнить про существование вихрей Абрикосова, как сразу перед глазами возник огромный перечень интереснейших физических явлений, связанных с этими квантовыми объектами.

Итак, когда магнитное поле проникает в сверхпроводник, оно не распределяется равномерно; вместо этого образуются квантованные вихри, каждый из которых несет один или несколько квантов магнитного потока - эти вихри мы и называем в честь первооткрывателя их структуры, нобелевского лауреата А.А. Абрикосова 🍑

Один из связанных с вихрями объектов - состояния Кароли–де Жена–Матрикона (Caroli–de Gennes–Matricon), обычно сокращаемые как CdGM состояния. Они представляют собой особые квазичастичные состояния, возникающие внутри кора вихря. В центре вихря находится область нормального металла, так как сверхпроводимость разрушается, в то время как вокруг вихря сверхпроводимость сохраняет исходный вид, лишь фаза изменяется на 2πn (что и создает магнитный поток). То есть, центр вихря - это крошечная область, где квазичастицы могут оказаться в ловушке, подобно стоячим волнам в потенциальной яме нанометрового масштаба.

Физически эти состояния не являются обычными электронными состояниями, а представляют собой уровни для квазичастиц Боголюбова, которые сочетают в себе электронно-дырочный характер. Их энергии находятся внутри сверхпроводящей щели, где возбуждения обычно запрещены. В простейшей модели ядро ​​вихря действует как ловушка для квазичастиц, но барьер обусловлен пространственным изменением сверхпроводящего параметра порядка, а не электростатическим потенциалом. Предсказание теории состоит в том, что уровни в коре вихря расположены примерно на расстоянии Δ^2 / 2Ef, где Δ - сверхпроводящая щель, а Ef - энергия Ферми.

Экспериментально состояния CdGM наиболее непосредственно изучаются с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. Эти методы измеряют локальную плотность состояний заряженных частиц вблизи очень острой иглы, которая перемещается вокруг вихря. 🌟

Вдали от вихря плотность состояний выглядит так же, как у обычного сверхпроводника, с четкой щелью и пиками когерентности. Вблизи центра вихря эти пики когерентности подавляются, и появляются пики внутри щели, соответствющие связанным состояния квазичастиц. Во многих материалах уровни расположены слишком близко друг к другу, чтобы их можно было различить по одному, но иногда они могут проявляться и в виде отдельных пиков, что подтверждает наличие размерного квантования в коре.

👋

Сегодня в формате TL; DR (фактически, не таком уж и редком для этого канала 🙃) начинаем разговор о квантовой запутанности, о которой иначе поговорить трудно.
В этом, не побоимся этого слова, цикле публикаций мы постараемся выяснить, как получилось, что квантовая механика блестяще смогла описать явление запутанности, а теперь знающие люди пытаются приговаривать разные слова и объяснять запутанность так запутанно, чтоб волосы вставали быдлом дымом дыбом 🙊

Часть 1, в которой математика - царица наук

Допустим, что половина наших уважаемых читателей что-то знают про квантовую запутанность, а другая половина хотя бы в научно-популярном омуте изредка бывала и что-то там слышала...🫠
Так вот, смахнем всякий флёр про нелокальность и дальнодействие, и начнем сразу с места в карьер - со строгого математического определения.

Квантово запутанным будем называть такое состояние системы из двух квантовых объектов, которое не представляется тензорным произведением состояний этих двух объектов.

Как видим, уж придется нам хотя бы на пальцах понять, что такое тензорное произведение ⊗ - так, кстати, оно обозначается.

Прежде чем перейти к тензорному произведению, отметим, что почти наверняка вы знаете, что из себя представляет прямая сумма двух пространств, обозначаемая как ⊕. Наше родненькое трехмерное пространство R3 - это как раз прямая сумма R2 ⊕ R1. Это означает, что вам достаточно к координатам на плоскости приписать третью циферку - высоту - и получить наше R3. Эта операция абсолютно интуитивна для нас и ясна нам, даже если мы об этом ранее не задумывались.

Суть тензорного произведения можно уяснить на примере простой ситуации: допустим, у вас есть два разных набора данных (характеристик) и вы хотите связать каждый элемент первого набора с каждым элементом второго - так, чтобы ничего не потерять и сохранить все возможные комбинации свойств. Результат такой связки и будет тензорным произведением.

Возьмём кинотеатр: первый вектор - ряды кресел: ряд 1, ряд 2, ряд 3. Второй вектор - это номера мест в ряду: место 1, место 2, место 3, место 4.

Тензорное произведение — это полный список всех мест в зале: (ряд 1, место 1), (ряд 1, место 2), …, (ряд 3, место 4). Всего 12 уникальных комбинаций. Вы не просто складываете ряды и места, а создаёте все возможные пары.

Тензорное произведение двух векторов даёт нам уже не вектор, а более сложный объект - тензор. Это понятие можно обобщить и на другие объекты: на картинке изображен граф, являющийся тензорным произведением двух графов.
Тензорное же произведение пространств - это новое пространство на новых базисных векторах, каждый из которых является тензорным произведением исходных.

Квантовые состояния неких "объекта 1" и "объекта 2" описываются волновыми векторами, которые принадлежат гильбертовым пространствам (далее - ГП), которые мы обозначим ГП-1 и ГП-2. Гильбертово пространство - это не страшно, этот объект по сути очень похож на наше обычное евклидово пространство с комплексными коэффициентами и некоторыми другими важными дополнениями, которые мы пока оставим за кадром (математики, не бейте за это, мы тут как обычно разводим физическую нестрогость). В частности, есть в ГП и аналог скалярного произведения.

Так вот, по одной из аксиом квантовой механики, пространство, в котором живут состояния уже совместной системы (объект 1 + объект 2), является тензорным произведением ГП-1 ⊗ ГП-2.

И сейчас главный ахтунг, внимание, эттеншн: вектор состояния в ГП-1 ⊗ ГП-2 может не представляться тензорным произведением векторов в исходных пространствах. То, что все базисные векторы представляются в качестве тензорных произведений базисных векторов исходных пространств - ещё не означает того, что любой вектор из нового пространства будет тензорным произведением каких то двух элементов.

Свыкнувшись с этой терминологией, мы можем подробно обсудить квантовую запутанность, чем и займёмся в следующий раз...

👋

Ученые из Кливлендской клиники, RIKEN и IBM использовали квантовые компьютеры IBM и два самых мощных суперкомпьютера в мире для имитации белковых комплексов, охватывающих до 12,635 атомов

Работа стала крупнейшим моделированием биологически значимых молекул, выполняемых с помощью квантового оборудования, и сигнализирует о том, что квантовые компьютеры уже "созревают" в полезные расчетные инструменты, которые могут помочь решить фундаментальные проблемы в биологии, химии и науках о жизни.

Результаты были достигнуты с помощью инновационного алгоритма, который оптимизирует совместную работу квантовых и классических компьютеров - фреймворк, известный как квантово-ориентированный суперкомпьютинг. Используя этот подход, команда зафиксировала поведение двух биохимически значимых белков, размеры которых примерно в 40 раз превысили прошлые достижения полугодовой давности. Кроме того, точность моделирования на ключевом этапе рабочего процесса улучшилась в 210 раз.

Использование квантовых компьютеров в моделировании белковых комплексов было мотивировано проблемами, с которыми сталкиваются сегодня исследователи при изучении того, как лекарство-кандидат может связываться с тем или иным белком - одной из самых сложных и дорогостоящих проблем в исследованиях в области наук о жизни. Современные методы решения подобных задач быстро перестают работать, когда молекулы увеличиваются в размерах. Точное изучение процесса связи на начальном этапе разработки лекарств может значительно сократить сроки разработки, которые в настоящее время составляют около десятилетия и требуют больших вложений.

«Эта работа знаменует собой важный прогресс и подчеркивает новую роль квантовых вычислений в системах, имеющих отношение к открытию лекарств», - сказал Кеннет Мерц, доктор философии, ведущий автор исследования и штатный научный сотрудник кафедры вычислительных наук Кливлендской клиники. «Перейдя барьер в 12,000 атомов, мы значительно расширили масштаб биологически значимых молекулярных симуляций, возможных с помощью квантовых вычислений, и продемонстрировали основу для применения этих методов к научно значимым проблемам в более широком масштабе».

«В течение многих лет квантовые вычисления были не более, чем обещаниями. Теперь квантовые компьютеры дают результаты, которые имеют значение для науки», — сказал Джей Гамбетта, директор IBM Research и IBM Fellow. «Системы, которые мы смоделировали здесь, — это молекулы, с которыми работают биологи и химики в реальном мире. Квантовые компьютеры уже давно не просто "жизнеспособные инструменты" - они подтверждают свою состоятельность при достижении значимых результатов в реальных задачах, требующих суперкомпьютерных подходов».

В исследовании задействовано 2 QPU IBM на 156 кубитов, на которых запущено более 9000 квантовых цепочек общей продолжительностью исполнения более 100 часов.

P. S. Новость сегодняшняя, похоже, что мы вообще первые, кто об этом написал на русском 🥳👏