В компании IBM теоретически и практически доказали неизбежность квантового превосходства. Доказательства приведены на базовом уровне, поэтому масштаб решаемых задач не важен. Как показали в компании, даже элементарные квантовые цепи способны решать задачи, недоступные классическим компьютерам, и это только первые шаги.

Предыдущие доказательства квантового превосходства, например, оспоренное многими доказательство компании Google, опирались на выполнение определённых сложных расчётов. В IBM не стали идти по этому пути, поставив перед собой цель железно (в прямом и переносном смысле) доказать превосходство неких базовых принципов квантовых систем. Сначала они сделали это теоретически, а потом подтвердили верность решения практическим экспериментом.

Для проведения эксперимента в IBM взяли задачу определения большинства из трёх значений. Для решения этой задачи была создана классическая электронная схема с одним логическим элементом с двумя входами и одним регистром (битом) для хранения промежуточных результатов. Аналогичная по назначению и реализации квантовая схема опиралась на четыре кубита, три из которых кодировали входящий сигнал, а четвёртый кубит хранил промежуточный результат.

На вход каждой схемы подавались данные, результаты считывались после обработки. Если на вход подавалось больше половины нулей, чем единиц, то схема должна была вернуть 0. Если единиц было больше, схема должна была вернуть 1. Классическая электронная схема с 0 и 1 возвращала правильный результат не каждый раз. При подключении к ней генератора случайных чисел и многократном повторении эксперимента схема выдавала правильный ответ в 87,5 % случаев из-за ошибок и аналоговой природы происходящих в ней физических процессов.

Квантовый компьютер IBM даже в современном «шумном» состоянии кубитов правильно решал задачу в 93 % случаев. Идеальная квантовая система с полным отсутствием ошибок правильно решала бы эту задачу в 100 % случаев или, проще — она всегда выдавала бы правильный результат в отличие от классического компьютера.

Отчёт о проделанной работе специалисты IBM предоставили в журнале Nature Physics. Приведенные данные доказывают, что квантовое превосходство — это не миф. По крайней мере, для решения задач с ограниченными условиями.

В 2014 году компания IBM заплатила GlobalFoundries полтора миллиарда долларов, чтобы та приняла в дар производственные мощности в США, но обязалась на протяжении следующих десяти лет снабжать «благодетеля» процессорами собственной разработки. Теперь IBM неожиданно спохватилась, потребовав от GlobalFoundries компенсацию за неудачу в освоении техпроцессов.

Об этих претензиях, как сообщает Bloomberg, стало известно в свете появления встречного иска от GlobalFoundries, в котором компания требует от судебных инстанций США защитить её от действий IBM, желающей получить до $2,5 млрд в качестве компенсации ущерба. Главная претензия заключается в том, что GlobalFoundries не смогла обеспечить на протяжении десяти лет снабжение IBM разработанными ею процессорами. Последнее поколение процессоров POWER, например, выпускается компанией Samsung Electronics, а GlobalFoundries от сохранения прогресса на этом направлении самоустранилась.

Подразделение IBM по выпуску процессоров, которое перешло в руки GlobalFoundries в 2014 году, было убыточным, поэтому весьма символично, что сделку оплачивал «продавец». GlobalFoundries утверждает, что необходимость следовать требованиям IBM по регулярному освоению новых техпроцессов вынудила её напрасно потратить огромное количество средств, но от конкурентов в лице Samsung и TSMC она в итоге всё равно безнадёжно отстала. IBM, по словам представителей GlobalFoundries, знала о подобных проблемах, и переход к услугам Samsung стал для первой из компаний выгодным решением.

GlobalFoundries выражает недоумение, что за прошедшее с 2018 года время IBM впервые выразила требования о компенсации ущерба, и связывает это с появлением информации о подготовке публичного размещения акций, в ходе которого рассчитывает выручить $30 млрд.

Не секрет, что современные техпроцессы приближаются к пределу своих возможностей. Исследователи всего мира ищут выход за эти границы. Перспективной представляется спинтроника — использование спина электрона в качестве носителя информации и, что более важно, в качестве элемента переключения в логике. Память на спиновом токе уже реализована — это магниторезистивная RAM. С логикой сложнее, но последние разработки imec и Intel внушают оптимизм.

Исследователи из imec и Intel во главе с Элин Рэйменантс (Eline Raymenants) создали устройство спинтронной логики, которым можно полностью управлять с помощью электрического тока, а не магнитными полями. Команда Intel и imec представила свою работу на недавнем мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM).

Подчеркнём, речь идёт об управлении именно электрическим током, а не магнитным полем, что уже реализовано в памяти MRAM и в других проектах спинтронной памяти, например, в трековой памяти IBM, ячейках магнитной памяти российской разработки и в других подобных исследованиях. Управление током позволяет создать более компактное и быстрое переключающее устройство. К тому же логика на токовой спинтронике может быть легко сопряжена с современной КМОП-логикой, что позволит создавать гибридные схемы.

Новая разработка imec и Intel напоминает реализацию трековой памяти IBM, о которой мы вспоминали выше. По нанопроволоке запускается спин-поляризованный ток в виде последовательностей магнитных доменов, разделённых доменными стенами. Магнитные домены в такой проволоке следуют строго друг за другом, а информация передаётся в виде ориентации магнитного поля. Магнитное поле отдельного домена, в свою очередь, создаётся согласованной ориентацией спинов электронов. Ориентация спинов вверх, скажем, представлена 0, а вниз — 1. Доменные стены в такой схеме — это переход между одним направлением намагниченности и соседним. Именно они служат главным управляющим элементом для переключателей.

Секрет разработки imec и Intel в новом материале для магнитных туннельных переходов (MTJ). По словам учёных, новый материал оптимизирован для более быстрого перемещения доменных стен. Переходы считывают информацию с дорожки — последовательности магнитных доменов и доменных стен — и действуют как логические входы. На IEDM исследователи представили доказательство концепции: из нескольких магнитных туннельных переходов создали работающий логический элемент И.

Пример трековой памяти с перемещением по нанопроволоке магнитных доментов и доменных стенок.

В том же переходе MTJ записывается информация на дорожку. Для этого в устройстве Intel и imec используется та же технология, что и сегодня в MRAM. Устройство пропускает спин-поляризованный ток, большинство электронов которого имеют спины ориентированные в одном направлении, через магнитный домен в переходе. Этот ток может изменить направление магнитного поля, что в процессе создаёт или редактирует доменные стенки — кодирует последовательность в 0 или 1.

Исследователи говорят, что их следующим шагом будет демонстрация устройства в действии. Они разработали мажоритарный элемент (переключатель по большинству), который дает положительный результат, если большинство его входных данных являются положительными. Но учёным еще предстоит по-настоящему изучить этот дизайн. Только тогда исследователи узнают, как их спинтронная логика будет противостоять наработкам КМОП.

С момента публикации квартального отчёта Apple акции компании выросли в цене на 17,6 %, инвесторов даже не смутила задержка с началом поставок смартфонов нового поколения. Два года назад капитализация Apple перевалила за $1 трлн, а теперь она приблизилась к $1,9 трлн, превзойдя по своему удельному весу в индексе S&P 500 рекорд IBM.

Во второй половине восьмидесятых годов высоким удельным весом в биржевом индексе S&P 500 (этот индекс включает 505 публичных американских компаний с наибольшей капитализацией) могла похвастать компания IBM — он достигал 6,4 %, а теперь акции Apple в удельном выражении составляют 6,5 % индекса. До психологически важной отметки в $2 трлн капитализации Apple осталось не так много — около 7 % от текущего значения. С начала текущего года акции Apple выросли в цене на 49 %, поэтому рубеж в $2 трлн капитализация компании вполне может преодолеть в этом или следующем году, как считают опрошенные Bloomberg аналитики.

Если рассматривать прирост капитализации Apple с начала года в денежном выражении, то он составил $570 млрд. Это больше стоимости большинства компаний, входящих в индекс S&P 500. Аналитики Miller Tabak, с другой стороны, выражают сомнение в способности акций Apple увеличивать курсовую стоимость прежними темпами. Новых впечатляющих продуктов компания за этот год до сих пор не предложила, не принесли свои плоды и инициативы по созданию вакцины против коронавируса. Поэтому есть вероятность, что курс акций Apple в обозримом будущем подвергнется коррекции.

В 2009 году компания GlobalFoundries создавалась на производственной базе AMD, которая в те годы была сосредоточена в окрестностях Дрездена в Германии. Американское предприятие Fab 8 стало флагманом литографического производства при участии специалистов IBM. Теперь к расширению некогда передовых мощностей в Германии может быть привлечена корейская компания Samsung Electronics.

Подобные слухи обсуждает издание Coreteks. Сама GlobalFoundries воодушевлена недавно предложенными сенатором Джоном Корнином (John Cornyn) поправками, которые направлены на законодательное закрепление приоритетов в полупроводниковой отрасли США, позволяющих формировать передовые производства на территории страны для повышения обороноспособности и «глобальной конкурентоспособности». Свою готовность активно участвовать в исполнении оборонных заказов GlobalFoundries уже подкрепила получением необходимых сертификатов. Американские власти не смущены тем фактом, что компания GlobalFoundries все эти годы развивалась на средства арабских инвесторов.

Как утверждает первоисточник, в Германии GlobalFoundries уже подала заявку на увеличение проектного энергопотребления предприятия в полтора раза. Подразумевается, что производственные мощности в Дрездене будут расширены. Финансировать проект неожиданным образом возьмётся Samsung Electronics, претендующая в дальнейшем на место своей продукции на конвейере GlobalFoundries. Корейцам подобная кооперация нужна не только для получения производственной базы в Европе, но и для демонстрации определённой степени лояльности американским властям, которые к GlobalFoundries относятся благосклонно.

Samsung также сможет разгрузить свои другие предприятия, высвободив место под контрактное производство полупроводниковых изделий. Дефицит профильных мощностей для корейского гиганта сейчас является серьёзной проблемой. Основная часть выпускаемой Samsung продукции идёт на собственное потребление, а руководство компании всё сильнее грезит амбициями на контрактном рынке, который позволил бы уменьшить зависимость выручки Samsung от колебаний цен на память.

В штате Техас у Samsung давно действует производство, но в силу различных причин компания сейчас предпочитает сотрудничать с GlobalFoundries, если говорить о европейской площадке. Пока подобная инициатива обсуждается только на уровне слухов, и не следует удивляться, если она не претворится в жизнь. Совместный проект в Германии может быть реализован не ранее 2024 года, а к концу десятилетия Samsung планирует получить статус крупнейшего производителя полупроводниковой продукции.