IBM planeja computador quântico de mais de 1000 qubits

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O objetivo da IBM é construir um computador quântico em grande escala que realmente capture o comportamento dos átomos

Em 1969, os humanos foram e voltaram da lua superando obstáculos tecnológicos sem precedentes para fazer história. Atualmente os computadores são capazes de capturar com precisão os detalhes mais sutis de nosso universo.

O objetivo da IBM é construir um computador quântico em grande escala que realmente capture o comportamento dos átomos e possa aproveitá-lo para resolver alguns dos problemas mais desafiadores de nosso tempo.

O computador quântico do futuro será capaz de controlar o comportamento dos átomos para executar aplicativos revolucionários em todas as indústrias, permitindo gerar materiais que mudarão o mundo ou transformarão a forma como os negócios são feitos.

IBM Quantum Condor conjunto de processadores escaláveis

A equipe da empresa está desenvolvendo, visando o final de 2023, um conjunto de processadores escaláveis, com um dispositivo de mais de 1000 qubits, chamado IBM Quantum Condor.

Para acomodar dispositivos ainda mais massivos além do Condor, a IBM está desenvolvendo um refrigerador de diluição maior do que qualquer um atualmente disponível no mercado.

Em direção aos processadores de mais de um milhão de qubits, há uma missão maior: projetar um computador quântico full-stack, implantado por meio da nuvem, que qualquer pessoa no mundo possa programar.

Os processadores quânticos dependem da matemática de partículas elementares para expandir as capacidades computacionais, executando circuitos quânticos em vez dos circuitos lógicos de computadores digitais. Os dados são representados usando os estados quânticos eletrônicos de átomos artificiais conhecidos como qubits transmon supercondutores, que são conectados e manipulados por sequências de pulsos de micro-ondas para permitir que esses circuitos funcionem.

Os qubits esquecem rapidamente seus estados quânticos devido à interação com o mundo exterior. O maior desafio da equipe da IBM é descobrir como controlar grandes sistemas desses qubits por tempo suficiente e minimizar erros para executar os complexos circuitos quânticos exigidos por futuras aplicações quânticas.

A empresa tem explorado qubits supercondutores desde meados dos anos 2000, hoje mantém mais de duas dúzias de sistemas estáveis na nuvem IBM para clientes e o público em geral experimentar, incluindo os processadores IBM Quantum Canary de 5 qubits e os processadores IBM Quantum Falcon de 27 qubits, um dos quais recentemente executou um circuito quântico longo o suficiente para declarar um Volume Quântico de 64.

IBM na expansão da tecnologia Quantum

Lançamento do IBM Quantum Hummingbird de 65 qubits

Paralelamente aos nossos esforços para melhorar nossos dispositivos menores, também estão incorporando as muitas lições aprendidas em um roadmap ambicioso para dimensionar sistemas maiores.

Neste mês será lançado o processador IBM Quantum Hummingbird de 65 qubits para membros da IBM Q Network. Este dispositivo possui multiplexação de leitura 8: 1, o que significa que combinamos oito sinais de leitura de qubit em 1, reduzindo a quantidade total de fiação e componentes necessários para a leitura e melhorando a capacidade de escala, preservando todos recursos de alto desempenho da geração de processadores Falcon.

O tempo de latência do processamento de sinal no sistema de controle associado foi reduzido significamente, em preparação para os próximos recursos do sistema de feedback e feed-forward, onde serão capazes de controlar qubits com base em condições clássicas enquanto o circuito quântico está funcionando.

Apresentação do processador IBM Quantum Eagle de 127 qubit

Em 2021 será apresentado o processador IBM Quantum Eagle de 127 qubit. O Eagle apresenta várias atualizações para superar o marco de 100 qubit: crucialmente, as vias de silício (TSVs) e a fiação de vários níveis fornecem a capacidade de espalhar com eficácia uma grande densidade de sinais de controle clássicos, protegendo os qubits em uma camada separada para manter altos tempos de coerência.

Um equilíbrio delicado de conectividade e redução de erro de crosstalk foi alcançado com a abordagem de frequência fixa para portas de dois qubit e arranjo de qubit hexagonal introduzido pela Falcon. Este layout de qubit permitirá implementar o código de correção de erros “hexagonal pesado” estreado em 2019 pela equipe, de modo que conforme aumentem o número de qubits físicos, também sejam capazes de explorar como eles funcionarão juntos como qubits lógicos com correção de erros – cada processador projetado tem considerações de tolerância a falhas.

Com o processador Eagle, também serão apresentados recursos clássicos de computação simultânea em tempo real que permitirão a execução de uma família mais ampla de circuitos e códigos quânticos.

Sistema IBM Quantum Osprey de 433 qubits

Os princípios de design estabelecidos para os processadores menores guiarão para o lançamento de um sistema IBM Quantum Osprey de 433 qubits em 2022. Controles densos e mais eficientes e a infraestrutura criogênica garantirão que a ampliação dos processadores IBM não sacrifique o desempenho dos qubits individuais, introduza mais fontes de ruído ou ocupe uma pegada muito grande.

Processador de 1121 qubits IBM Quantum Condor

Em 2023, será apresentado o processador de 1121 qubits IBM Quantum Condor, um ponto de inflexão, um marco para a capacidade de implementar correção de erros e dimensionar os dispositivos e, ao mesmo tempo, é complexo o suficiente para explorar vantagens quânticas potenciais.

O desenvolvimento necessário para construir o Condor terá resolvido alguns dos desafios mais urgentes em como dimensionar um computador quântico. No entanto os refrigeradores de diluição comerciais de hoje já não serão capazes de refrigerar e isolar com eficácia tais dispositivos complexos e potencialmente grandes.

Infográfico IBM – Tecnologia Quantum

Super cooler Goldeneye

É por isso que a IBM está introduzindo um “super cooler” de 3 metros de altura e 1,80 de largura conhecido como “Goldeneye”, um refrigerador de diluição maior do que os disponíveis comercialmente hoje. Projetado pela equipe da empresa já começaram os testes de viabilidade fundamentais. Em última análise, imaginam um futuro no qual as interconexões quânticas conectem refrigeradores de diluição, cada um milhão de qubits, assim como a intranet se conecta a processadores de supercomputação, criando um computador quântico maciçamente paralelo capaz de transformar o mundo.

A IBM acredita que um computador quântico tolerante a falhas pode ser uma meta alcançável na próxima década.

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