A IBM quer que seus supercomputadores quânticos funcionem a mais de 4.000 qubits até 2025

Quarenta anos depois de começar a se interessar pela computação quântica, a IBM está pronta para expandir a tecnologia para fora do laboratório e para aplicações mais práticas – como supercomputação! A empresa já atingiu uma série de marcos de desenvolvimento desde que lançou seu roteiro quântico anterior em 2020incluindo o processador Eagle de 127 qubits que usa circuitos quânticos e a API Qiskit Runtime. A IBM anunciou na quarta-feira que planeja ampliar ainda mais suas ambições quânticas e revisou o roteiro de 2020 com uma meta ainda mais elevada de operar um sistema de 4.000 qubits até 2025.

Antes de começar a construir o maior computador quântico até hoje, a IBM planeja lançar seu chip Osprey de 433 qubits ainda este ano e migrar o Qiskit Runtime para a nuvem em 2023, “trazendo uma abordagem sem servidor para a pilha de software quântico principal”, de acordo com o comunicado de quarta-feira. liberar. Esses produtos serão seguidos ainda naquele ano pela Condor, um chip quântico que a IBM está faturando como “o primeiro processador quântico universal do mundo com mais de 1.000 qubits”.

Esse rápido salto de quatro vezes no volume quântico (o número de qubits empacotados em um processador) permitirá que os usuários executem circuitos quânticos cada vez mais longos, aumentando a velocidade de processamento – medida em CLOPS (operações de camada de circuito por segundo) – de um máximo de 2.900 OPS para mais de 10.000. Depois, basta quadruplicar essa capacidade em menos de 24 meses.

Para fazer isso, a IBM planeja primeiro obter conjuntos de vários processadores para se comunicarem entre si tanto em paralelo quanto em série. Isso deve ajudar a desenvolver melhores esquemas de mitigação de erros e melhorar a coordenação entre os processadores, ambos componentes necessários dos computadores quânticos práticos de amanhã. Depois disso, a IBM projetará e implantará acopladores de nível de chip, que “conectarão de perto vários chips para formar efetivamente um processador único e maior”, de acordo com a empresa, e então construirá links de comunicação quântica para conectar esses multiprocessadores maiores em conjunto. clusters ainda maiores — essencialmente encadeando grupos cada vez maiores de processadores até formar uma plataforma de computação funcional e modular de 4.000 qubits.

“À medida que a computação quântica amadurece, começamos a nos ver como mais do que hardware quântico”, escreveu o pesquisador da IBM Jay Gambetta na quarta-feira. “Estamos construindo a próxima geração de computação. Para nos beneficiarmos de nosso hardware líder mundial, precisamos desenvolver o software e a infraestrutura capazes de aproveitá-lo.”

Como tal, a IBM lançou um conjunto de programas primitivos prontos no início deste ano, “programas pré-construídos que permitem aos desenvolvedores acesso fácil às saídas de cálculos quânticos sem exigir um entendimento intrincado do hardware”, segundo a empresa. A IBM pretende expandir esse programa definido em 2023, permitindo que os desenvolvedores os executem em processadores quânticos paralelizados. “Também planejamos melhorar o desempenho primitivo com métodos de compilação e pós-processamento de baixo nível, como a introdução de ferramentas de supressão e mitigação de erros”, disse Gambetta. “Essas primitivas avançadas permitirão que os desenvolvedores de algoritmos usem os serviços Qiskit Runtime como uma API para incorporar circuitos quânticos e rotinas clássicas para construir fluxos de trabalho quânticos”.

Esses fluxos de trabalho pegam um determinado problema, dividem-no em programas quânticos e clássicos menores, analisam esses processos em paralelo ou em série, dependendo do que for mais eficiente, e depois usam uma camada de orquestração para “unir o circuito” de todos esses vários fluxos de dados de volta em um resultado coerente que os computadores clássicos podem entender. A IBM chama sua infraestrutura de costura proprietária de Quantum Serverless e, de acordo com o novo roteiro, implantará o recurso em sua pilha de software quântico principal em 2023.

“Acreditamos que no próximo ano começaremos a prototipar aplicativos de software quântico para usuários que desejam usar o Qiskit Runtime e o Quantum Serverless para abordar casos de uso específicos”, disse Gambetta. Começaremos a definir esses serviços com nosso primeiro caso de teste – aprendizado de máquina – trabalhando com parceiros para acelerar o caminho em direção a aplicativos úteis de software quântico. Até 2025, achamos que os desenvolvedores de modelos poderão explorar aplicativos quânticos em aprendizado de máquina, otimização, finanças, ciências naturais e muito mais.”

“Por muitos anos, os supercomputadores centrados em CPU foram o cavalo de batalha de processamento da sociedade, com a IBM servindo como um desenvolvedor-chave desses sistemas”, continuou ele. “Nos últimos anos, vimos o surgimento de supercomputadores centrados em IA, onde CPUs e GPUs trabalham juntos em sistemas gigantes para lidar com cargas de trabalho pesadas de IA. Agora, a IBM está inaugurando a era do supercomputador quântico, onde os recursos quânticos – QPUs – serão entrelaçados com CPUs e GPUs em uma malha de computação. Acreditamos que o supercomputador quântico servirá como uma tecnologia essencial para aqueles que resolvem os problemas mais difíceis, aqueles que fazem as pesquisas mais inovadoras e aqueles que desenvolvem a tecnologia mais avançada”.

Juntos, esses sistemas de hardware e software se tornarão IBM Quantum System Dois com o primeiro protótipo programado para estar operacional em algum momento do próximo ano.