Индия получает доступ к одной из самых передовых в мире платформ квантовых вычислений, одновременно пытаясь создать собственную индустрию квантового оборудования.
IBM планирует установить Quantum System Two в Амаравати, штат Андхра-Прадеш, это позволит индийским исследователям и стартапам получить доступ к производственным квантовым системам, несмотря на то, что такие компании, как QpiAI, работают над собственными процессорами, управляющей электроникой и программным обеспечением. Это создает необычную возможность для индийской квантовой программы: стране не нужно ждать, пока отечественные процессоры созреют, прежде чем разрабатывать алгоритмы, приложения и возможности квантовой инженерии.
В глобальном масштабе квантовые вычисления все еще далеки от того, чтобы стать традиционным рынком корпоративных вычислений. Глобальная квантовая сеть IBM объединяет более 325 организаций, но большинство из них используют квантовые машины IBM для исследований и разработки интеллектуальной собственности, а не для развертывания корпоративных квантовых приложений.
Национальная политика Индии в области квантовой техники
Национальная квантовая миссия Индии одобрила выделение 6 003,65 крор (~626,8 млн. долларов) в течение 8 лет на создание квантовой инфраструктуры в Индии, одновременно расширяя поддержку квантовых стартапов, работающих над процессорами, датчиками, информационными потоками и квантово-безопасными технологиями.
При поддержке Национальной квантовой миссии Индии было создано 4 тематических центра, охватывающих квантовые вычисления, информационные потоки, сенсорику и метрологию, а также квантовые материалы и устройства. Из 2 330,68 крор (~243,3 млн. долларов), выделенных миссией в четырех тематических центрах на период до марта 2031 года, на данный момент выделено 699,5 крор (~73,02 млн. долларов).
(Примечание редактора: суммы в долларах США в этом разделе указаны по курсу на август 2026 года)
Центры, размещенные в Индийском научном институте в Бангалоре, Индийском технологическом институте в Мадрасе, а также в Центре развития телекоммуникационных технологий, Индийском технологическом институте в Бомбее и Индийском технологическом институте в Дели, начали функционировать в 2024-2025 финансовом году. Каждое из учреждений является подразделением 8 компаний со своим собственным правлением. Национальная квантовая миссия Индии также расширила поддержку 9 стартапов, доведя их общее число до 17. Новые предприятия работают в области квантовых биосенсоров, фотонного зондирования, квантового позиционирования, атомной памяти и точной электроники.
Амит Сингхи из IBM
Технологические цели миссии дают приблизительное представление о масштабах, которых Индия ожидает достичь своими собственными возможностями квантовых вычислений: от 20 до 50 физических кубитов в течение трех лет, от 50 до 100 в течение пяти лет и от 50 до 1000 в течение восьми лет. Эти показатели ниже количества кубитов в существующих системах IBM, хотя само по себе количество кубитов не определяет производительность квантовой системы. Как сообщил Амит Сингхи, технический директор IBM в Индии и Южной Азии, глубина схемы, частота ошибок и возможности подключения также имеют значение.
Прогресс миссии уже виден за пределами квантовых вычислений. Менее чем за 2 года Индия продемонстрировала сеть распространения квантовых ключей протяженностью 1000 км, достигнув половины восьмилетнего целевого показателя миссии в 2000 км. Сеть использует собственную технологию, разработанную QNu Labs, которую Департамент науки и технологий определяет как стартап, поддерживаемый в рамках Национальной квантовой миссии Индии.
Почему IBM хочет работать в Индии
Сингхи объяснил, что полезные квантовые вычисления – это не просто установка компьютера, а создание сети пользователей.
«Во-первых, это технологический стек, аппаратное и программное обеспечение [для создания полезных квантовых вычислений]», - отметил он. «Но вторая часть, которая не менее, если не более, важна, заключается в том, чтобы создать сеть пользователей, которые используют эту штуку и рассказывают нам, что работает, а что нет, а также используют ее для продвижения уровня прикладных алгоритмов. Без такой обратной связи система – всего лишь кусок металла».
Этот цикл обратной связи занимает центральное место в обосновании установки IBM в Амаравати. Сингхи добавил, что индийские академические исследовательские группы, стартапы и известные компании создают достаточный импульс для взаимодействия IBM с экосистемой, в то время как квантовые приложения все еще формируются.
По словам Сингхи, выбор Амаравати был обусловлен не столько доступностью конкретного объекта, сколько стремлением правительства штата Андхра-Прадеш объединить компании, исследователей и правительственные учреждения вокруг этой технологии. IBM, TATA Consultancy Services, Larsen & Toubro, Департамент науки и технологий и Индийский технологический институт были в числе организаций, участвовавших в ранних дискуссиях о создании экосистемы.
Не определено кубитами
Quantum System Two – это системная архитектура IBM, а не поколение процессоров с фиксированной производительностью. В первоначальном объявлении IBM о развертывании в городе Амаравати говорилось, что система будет оснащена 156-кубитным процессором Heron. Сингхи пояснил, что в конечном итоге будет установлен квантовый процессор, который будет готов к производству, когда IBM начнет поставлять и собирать систему. «Я бы не сказал, что это обязательно будет Heron», - сообщил он.
Heron является флагманским процессором IBM с версиями на 133 и 156 кубитов. Nighthawk, представленный IBM на конференции разработчиков Quantum в ноябре 2025 года, является следующим процессором на стадии разработки. Сингхи объяснил, что Nighthawk спроектирован таким образом, чтобы снизить уровень шума и создать более глубокие и сложные схемы.
Квантовый процессор Heron от IBM
Сингхи также отказался от использования количества кубитов как показателя производительности.
«Процессор может содержать 300 физических кубитов, но только 120 программируемых кубитов», - сказал он.
Он подчеркнул, что количество кубитов необходимо учитывать наряду с глубиной схемы, частотой ошибок в 2 кубита, скоростью работы и возможностью подключения.
Инфраструктура, стоящая за квантовым процессором
Квантовый компьютер – это не сервер, встраиваемый в стойку центра обработки данных. Сингхи описал требования к оборудованию как более близкие к научному оборудованию, чем к обычному центру обработки данных, с помещением площадью около 100 квадратных метров, оснащенным системой электроснабжения, контроля температуры и водоснабжения, в центре которого находится холодильная установка, которая охлаждает квантовый процессор примерно до 10-20 милликельвинов. Для достижения этих температур в холодильнике используется смесь гелия-3 и гелия-4.
Внутри холодильной установки квантовый процессор находится на самой холодной стадии, окруженный криогенной проводкой, фильтрацией и усилением, необходимыми для управления и измерения кубитов. Сингхи описал конструкцию как «похожую на люстру», имея в виду несколько ступеней охлаждения и плотную сеть сигнальных линий, которые соединяют квантовый процессор с электроникой за пределами холодильника. Микроволновые импульсы передаются по этим линиям для управления сверхпроводящими кубитами, в то время как чрезвычайно слабые сигналы считывания возвращаются обратно через криогенную систему и усиливаются малошумящими усилителями, прежде чем попасть в электронику комнатной температуры для оцифровки и обработки.
IBM собирает и управляет всей системой, но не создает каждый компонент самостоятельно. «Мы не обязательно создаем всю криогенную электронику», - отметил Сингхи, добавив, что у IBM есть поставщики таких компонентов, как холодильные установки и криогенная электроника. Некоторые компоненты могут быть доставлены непосредственно в Индию, в то время как другие предварительно интегрируются в США перед отправкой в Индию для окончательной сборки.
Эта цепочка поставок также открывает возможности для Индии, помимо производства самих процессоров.
«Почему подобные холодильные установки не производятся в Индии?», - сказал Сингхи, указывая на криогенную электронику, электропроводку, холодильники и другие периферийные устройства, используемые в квантовых системах. Он также упомянул инженерную базу Индии и правительственные инициативы, включая «Сделано в Индии», фонд RDI и миссию по производству полупроводников, в качестве факторов, которые могли бы помочь в наращивании потенциала в этих областях.
Несмотря на то, что инфраструктура, необходимая для работы сверхпроводящего квантового компьютера, является специализированной, Сингхи не рассматривает криогенику в качестве основного препятствия для масштабирования квантовых систем. Более сложные задачи заключаются в подключении большого количества логических кубитов, подключении процессоров и снижении затрат на исправление ошибок.
«Для реальных рабочих нагрузок могут потребоваться миллионы физических кубитов», - сказал Сингхи. Современные процессоры работают примерно на 100-150 кубитах и в конечном итоге могут достигать 1000 кубитов на чипе.
Переход от отдельных чипов к гораздо более крупным системам создает проблему квантовых сетей. Кубиты на разных чипах должны быть соединены таким образом, чтобы они могли работать как часть более крупной квантовой системы. Кроме того, несколько чипов нельзя просто поместить в одну холодильную установку на неопределенный срок, что создает еще одну проблему подключения между квантовыми системами.
Исправление ошибок добавляет еще один уровень. Квантовым процессорам требуются дополнительные кубиты и схемы для обнаружения и исправления ошибок, но накладные расходы могут стать достаточно большими, чтобы сделать отказоустойчивые системы непрактичными, если не будут разработаны более эффективные коды для исправления ошибок и аппаратные реализации с меньшими затратами.
Это различие важно для Индии, поскольку увеличение количества физических кубитов в местных процессорах является лишь частью долгосрочной аппаратной проблемы. В конечном итоге промышленность должна превратить эти физические кубиты в достаточно надежные логические кубиты, способные выполнять полезные рабочие нагрузки.
Собственные усилия QpiAI в области квантовой физики
Однако цели Национальной квантовой миссии Индии – это не просто стратегические ориентиры. Индийские стартапы уже пытаются создать оборудование, необходимое для их достижения.
Компания QpiAI открыла свой квантовый завод в Бангалоре, первое предприятие подобного рода в Индии. Стартап утверждает, что это крупнейший в Азии квантовый завод, являющийся частью научно-исследовательского центра площадью 70 000 квадратных футов, который объединяет производство квантовых процессоров, тестирование и разработку квантовых решений под одной крышей.
25-кубитный квантовый компьютер QpiAI Indus Gen-1
Предприятие будет производить сверхпроводящие кубиты, периферийные чипы и сенсоры для квантовых компьютеров и сможет изготавливать сверхпроводящие кубиты на основе флип-чипов емкостью до 128 кубитов, а следующий этап запланирован на 2027 год, рассчитанный на использование до 10 000 физических кубитов на одном квантовом процессоре.
Стартап из Бангалора, основанный Нагендрой Нагараджей, уже изготовил 4 квантовых процессора: 8-кубитный QVidya, 25-кубитный Indus и 64-кубитный Kaveri, все они основаны на кубитах transmon, а также 9-кубитный Yukti, построенный по собственной технологии fluxonium. У компании также есть планы, охватывающие ее 128-кубитные системы Emuna, 256-кубитные системы Ganges и 1000-кубитные системы Everest. Параллельно компания разрабатывает логические кубиты: QpiAI планирует создать 100 логических кубитов примерно к 2029 году, что, по словам Нагараджи, сделает квантовые вычисления жизнеспособными для крупномасштабного коммерческого внедрения.
Нагендра Нагараджа из QPiAI
Компания QpiAI разработала свой собственный контроллер.
«Мы разработали наш собственный проприетарный контроллер, а не покупали его на рынке, поскольку он тесно интегрируется с нашим программным обеспечением для искусственного интеллекта, которое настраивает кубиты», - сказал Нагараджа в интервью EE Times ранее.
Контроллер работает в широком диапазоне частот, генерируя и считывая микроволновые импульсы, которые управляют кубитами, с обширной фильтрацией, встроенной как в ПЛИС, так и в плату, чтобы устранить шум до того, как он достигнет процессора.
QpiAI занимается аутсорсингом проектирования печатных плат и на данный момент поставляет некоторые компоненты для печатных плат из Сингапура и Тайваня, хотя Нагараджа сказал, что компания работает с индийскими производителями над переносом производства специализированных печатных плат на сушу.
Нагараджа предпочел сверхпроводящие кубиты подходам с нейтральными атомами или ионными ловушками по причинам, которые перекликаются с выбором архитектуры IBM, хотя и не цитируются напрямую. «Сверхпроводящие кубиты – это твердотельные устройства, что делает их идеальными для интеграции в центры обработки данных», - отметил он, утверждая, что газовые камеры и лазеры, используемые в конкурирующих технологиях на основе кубитов, обладают недоказанной долгосрочной надежностью в среде центров обработки данных.
Исследования предшествуют внедрению на предприятии
Сингхи сказал, что он ожидает, что первые работы в Амаравати будут сосредоточены вокруг вычислительной химии, материаловедения, оптимизации и машинного обучения, а до масштабного использования на предприятии еще несколько лет.
Таким образом, главная ценность системы может заключаться не столько в выполнении производственных задач, сколько в предоставлении индийским исследователям практического опыта работы с оборудованием, доступ к которому остается труднодоступным.
Где эти две системы могут в конечном итоге пересечься, так это на программном уровне. Сингхи упомянул о возможности создания общего программного интерфейса, который мог бы работать на различной квантовой вычислительной технике, подобно тому, как Linux работает на чипах разных производителей, и в качестве одного из кандидатов назвал Qiskit от IBM.
Собственный стек QpiAI – аппаратное обеспечение, системное программное обеспечение, компиляторы, библиотеки и приложения – на сегодняшний день разработан как автономный, а не совместимый с внешним оборудованием, но ответы Нагараджа указывают на то, что в конечном итоге он будет разделен на уровни: контроллер и программный стек, которые могут быть адаптированы в соответствии с масштабом базовых процессоров.
С тех пор QpiAI также открыла свой собственный программный уровень, выпустив QpiAI Quantum SDK с открытым исходным кодом, предоставив разработчикам инструментарий на основе Python для создания схем, моделирования и разработки алгоритмов, который подключается к 8-кубитным и 25-кубитным системам QpiAI через платформу QCloud. Однако, в отличие от Qiskit, пакет SDK в настоящее время ориентирован на собственное оборудование QpiAI, а не на межвендорный интерфейс.
Сингхи сравнил возможный уровень программирования в будущем с Linux, где одна и та же операционная система может работать на процессорах разных производителей. IBM уже изучает возможность взаимодействия Qiskit с другими квантовыми аппаратными платформами, что открывает для индийских разработчиков оборудования потенциальный путь к участию в более широкой программной экосистеме.
«Безусловно, наша платформа Qiskit является многообещающим кандидатом», - сказал Сингхи. «Мы работаем с одним или двумя другими поставщиками оборудования, у которых есть собственное оборудование, чтобы посмотреть, как Qiskit может работать с их оборудованием. Это стало бы интересным моментом для индийских разработчиков аппаратного обеспечения».
Модель также отражает то, как IBM ожидает, что квантовые компьютеры будут использоваться на практике. Маловероятно, что квантовые процессоры заменят классические компьютеры. Вместо этого ожидается, что они будут работать параллельно с классическими вычислениями и искусственным интеллектом, причем каждый из них будет выполнять ту часть рабочей нагрузки, которая соответствует его возможностям.
Например, Сингхи описал рабочие процессы молекулярного моделирования, в которых классические вычисления, потенциально поддерживаемые искусственным интеллектом, оценивают геометрию молекулы до того, как проблема будет отображена на квантовом процессоре. Квантовая система генерирует возможные электронные состояния, и эти результаты возвращаются в классические вычисления для обновления модели. Этот процесс можно повторять до тех пор, пока результаты расчетов не будут сходиться.
Эта гибридная модель делает окружающее программное обеспечение, классическую инфраструктуру и алгоритмы частью стека квантовых вычислений. Таким образом, для Индии возможности простираются не только на создание процессоров, но и на разработку приложений, инженерных возможностей и талантов, необходимых для их использования.
«Мы надеемся и ожидаем, что Индия станет, по крайней мере, крупным игроком на рынке квантового программного обеспечения и услуг», - сообщил Сингхи. «В течение следующего десятилетия или около того квантовый рынок станет крупным мировым рынком. Индия должна захватить половину этого рынка точно так же, как это уже произошло в секторе корпоративного программного обеспечения и услуг».
Создание таких возможностей потребует навыков, выходящих за рамки квантовой физики. «В течение последних четырех лет или около того мы расширяли нашу команду в области квантовой физики в IBM в Индии», - отметил Сингхи. «Это люди, имеющие степень магистра или доктора философии в области квантовой информатики; они понимают основы и то, как работают алгоритмы, позволяющие привлечь наших сотрудников».
«Мы также нанимаем инженеров-программистов с хорошим математическим образованием для разработки программного обеспечения, такого как Qiskit и т.д.», - добавил он.
Такое сочетание опыта в области квантовой физики, разработки программного обеспечения и аппаратного обеспечения указывает на более широкие задачи, стоящие перед Национальной квантовой миссией Индии. Страна может получить доступ к передовым процессорам еще до того, как сможет самостоятельно создавать сопоставимые системы, но для того, чтобы этот доступ стал доступен для отечественной промышленности, требуется способность одновременно разрабатывать процессоры.
Система IBM в Амаравати уже сейчас может предоставить исследователям доступ к передовому оборудованию, в то время как QpiAI и другие стартапы работают на отечественных процессорах, а Национальная квантовая миссия Индии создает исследовательскую инфраструктуру. Долгосрочный тест заключается в том, превратятся ли эти усилия в единую экосистему оборудования, программного обеспечения, устройств, поставщиков и талантов, а не останутся отдельными частями индийской квантовой программы.
