Hoje, na Quantum Developer Conference anual, a IBM (NYSE: IBM) revelou um avanço crucial em seu caminho para fornecer a vantagem quântica até o final de 2026 e computação quântica tolerante a falhas até 2029.
“Existem muitos pilares para levar a computação quântica verdadeiramente útil para o mundo”, disse Jay Gambetta, Diretor da IBM Research e IBM Fellow. “Acreditamos que a IBM é a única empresa em posição de inventar e escalar rapidamente software, hardware, manufatura e correção de erros quânticos para desbloquear aplicações transformadoras. Estamos emocionados em anunciar muitos desses marcos importantes.”
Os computadores quânticos da IBM são projetados para escalar a vantagem
A IBM apresenta o IBM Quantum Nighthawk, seu processador quântico mais avançado até o momento, projetado com uma arquitetura que complementa o software quântico de alto desempenho para oferecer vantagem quântica no próximo ano: o ponto em que um computador quântico poderá resolver um problema melhor do que todos os métodos clássicos isoladamente.
Se prevê que o IBM Nighthawk será entregue aos usuários da IBM no final de 2025 e oferecerá:
- 120 qubits interligados com 218 acopladores ajustáveis de última geração aos seus quatro vizinhos mais próximos em uma rede quadrada, um aumento de mais de 20% no número de acopladores em comparação com o IBM Quantum Heron.
- Essa maior conectividade de qubits permitirá aos usuários executar circuitos com 30% mais complexidade do que no processador anterior da IBM, mantendo baixas taxas de erro.
- Essa arquitetura permitirá aos usuários explorar problemas computacionalmente mais exigentes que requerem até 5.000 portas de dois qubits, operações de entrelaçamento fundamentais e críticas para a computação quântica.
A IBM prevê que as futuras versões do IBM Nighthawk oferecerão até 7.500 portas lógicas no final de 2026 e até 10.000 portas lógicas em 2027. Para 2028, os sistemas baseados em Nighthawk poderão suportar até 15.000 portas de dois qubits, possibilitadas por 1.000 ou mais qubits conectados e estendidos por meio de acopladores de longo alcance, demonstrados pela primeira vez nos processadores experimentais da IBM no ano passado.
A IBM prevê que os primeiros casos verificados de vantagem quântica serão confirmados pela comunidade científica em geral até o final de 2026.Para incentivar a validação rigorosa e impulsionar as melhores abordagens quânticas e clássicas, a IBM, a Algorithmiq, pesquisadores do Flatiron Institute e a BlueQubit estão contribuindo com novos resultados para um rastreador de vantagem quântica aberto e liderado pela comunidade, com o objetivo de monitorar e verificar sistematicamente as demonstrações emergentes de vantagem.
Atualmente, o rastreador da comunidade apoia três experimentos para a vantagem quântica na estimativa de observáveis, problemas variacionais e problemas com verificação clássica eficiente. A IBM incentiva a comunidade a contribuir para o rastreador e a promover uma troca de ideias utilizando os melhores métodos clássicos.
“Tenho orgulho de que nossa equipe em Algorithmiq esteja liderando um dos três projetos para o novo rastreador de vantagem quântica. O modelo que desenvolvemos explora regimes tão complexos que desafia todos os métodos clássicos de última geração testados até agora”, disse Sabrina Maniscalco, CEO e cofundadora da Algorithmiq. “Estamos observando resultados experimentais promissores, e as simulações independentes dos pesquisadores do Flatiron Institute validam sua firmeza clássica. Esses são apenas os primeiros passos a vantagem quântica levará tempo para ser verificada, e o rastreador permitirá que todos acompanhem esse processo.”
“Na BlueQubit, temos orgulho de apoiar os esforços da IBM para rastrear as afirmações e algoritmos de vantagem quântica à medida que os computadores quânticos entram em um regime além do clássico”, disse Hayk Tepanyan, CTO e cofundador da BlueQubit. “Por meio do nosso trabalho com circuitos de alta resolução, estamos entusiasmados em contribuir para a formalização de casos em que os computadores quânticos estão começando a superar os computadores clássicos em várias ordens de magnitude.”
Para alcançar uma vantagem quântica comprovada em hardware quântico inovador, os desenvolvedores precisam ser capazes de controlar seus circuitos extensivamente e usar computadores clássicos de alto desempenho (HPCs) para mitigar os erros que surgem nos cálculos.
O Qiskit é o stack de software quântico de melhor desempenho do mundo, desenvolvido pela IBM. Agora, está dando aos desenvolvedores mais controle ao expandir as capacidades dos circuitos dinâmicos, proporcionando um aumento de 24% na precisão em uma escala de mais de 100 qubits. A IBM também está expandindo o Qiskit com um novo modelo de execução que permite controle preciso e uma API em C, desbloqueando recursos de mitigação de erros acelerados por HPC que reduzem o custo de extração de resultados precisos em mais de 100 vezes.
À medida que os computadores quânticos amadurecem, a comunidade quântica global está se expandindo para as comunidades de computação de alto desempenho (HPC) e científicas. A IBM está fornecendo uma interface C++ para o Qiskit, baseada em uma API de C, para permitir que os usuários programem computação quântica nativamente em ambientes HPC existentes. A IBM continua na vanguarda em recursos avançados de execução de circuitos, incluindo circuitos dinâmicos e maior controle sobre a execução de circuitos para mitigação de erros.
Até 2027, a IBM planeja expandir o Qiskit com bibliotecas computacionais em áreas como aprendizado de máquina e otimização para melhor resolver desafios fundamentais em física e química, como equações diferenciais e simulações hamiltonianas.
A IBM fornece os componentes básicos para a computação quântica tolerante a falhas
Em uma linha paralela, a IBM está alcançando rapidamente marcos importantes para construir o primeiro computador quântico de grande escala e tolerante a falhas do mundo até 2029.
A empresa anuncia o IBM Quantum Loon, seu processador experimental que, pela primeira vez, mostra que a IBM tem demostrado todos os componentes chave do processador necessários para a computação quântica tolerante a falhas. O IBM Loon vai validar uma nova arquitetura para implementar e dimensionar os componentes necessários para a correção de erros quânticos prática e de alta eficiência. A IBM já demonstrou os recursos inovadores que serão incorporados no Loon, incluindo a introdução de múltiplas camadas de roteamento de alta qualidade e baixa perda para fornecer caminhos para conexões no chip mais longas (ou “acopladores c”) que vão além dos acopladores de vizinhos mais próximos e conectam fisicamente qubits distantes no mesmo chip; bem como tecnologias para redefinir qubits entre cálculos.
Cumprindo mais um pilar fundamental da computação quântica tolerante a falhas, a IBM demonstrou que é possível usar hardware de computação clássica para decodificar erros em tempo real com precisão (inferior a 480 nanossegundos) usando códigos qLDPC. Essa façanha de engenharia foi alcançada um ano antes do previsto. Em conjunto com o Loon, isso demonstra os blocos de construção necessários para escalar códigos qLDPC em qubits supercondutores de alta velocidade e alta fidelidade, que formam o núcleo dos computadores quânticos da IBM.
A IBM expande as instalações de produção para 300 mm a fim de acelerar o desenvolvimento de discos quânticos
À medida que a IBM escala seus computadores quânticos, anuncia que a fabricação principal dos discos ou ‘wafers’ para processadores quânticos está ocorrendo em umas instalações avançadas de fabricação de wafers de 300 mm do complexo Albany NanoTech, em Nova York.
As ferramentas de semicondutores de última geração e as capacidades de operação contínua dessas instalações já aceleraram a velocidade com que a IBM pode aprender, aprimorar e expandir as capacidades de seus processadores quânticos, permitindo que a empresa aumente a conectividade, a densidade e o desempenho de seus qubits. Até o momento, a IBM alcançou os seguintes resultados:
- Dobrar a velocidade de seus esforços de pesquisa e desenvolvimento, reduzindo em pelo menos metade o tempo necessário para construir cada novo processador;
- Aumentar em dez vezes a complexidade física de seus chips quânticos; e,
- Permitir que vários projetos sejam pesquisados e explorados em paralelo.