IBM ha presentato due nuove unità di elaborazione quantistica (QPU) progettate per accelerare il percorso verso l’informatica quantistica pratica. Questi sviluppi includono il processore Nighthawk da 120 qubit, che offre un aumento delle prestazioni del 30% rispetto ai modelli precedenti, e il processore Loon da 112 qubit, progettato come modello per il calcolo quantistico completamente tollerante ai guasti.
Miglioramento delle prestazioni con Nighthawk
Il processore Nighthawk migliora la connettività dei qubit attraverso accoppiatori sintonizzabili migliorati, consentendo a ciascuno dei suoi 120 qubit di connettersi con quattro vicini. Questa architettura supporta calcoli quantistici che richiedono fino a 5.000 porte a due qubit, operazioni fondamentali nell’informatica quantistica. IBM mira a portare Nighthawk a 7.500 e 10.000 gate rispettivamente entro il 2026 e 2027, con un obiettivo a lungo termine di 15.000 gate su un sistema da 1.000 qubit entro il 2028.
La ricerca della tolleranza agli errori con Loon
Sebbene il conteggio dei qubit sia importante, la vera sfida è mitigare gli errori. Il processore Loon si concentra su questo, integrando tutti i componenti hardware necessari per il calcolo quantistico tollerante ai guasti. Ciò significa che il processore è progettato per rilevare automaticamente e correggere gli errori in tempo reale: un passo cruciale verso un calcolo quantistico affidabile.
Perché la correzione degli errori è importante
I computer quantistici sono intrinsecamente instabili, con qubit soggetti a errori. Il processore Loon risolve questo problema incorporando tecnologie QEC (Quantum Error Correction). Il QEC non riguarda la realizzazione di processori più grandi; si tratta di creare processori più affidabili. Il chip Condor da 1.000 qubit di IBM, sebbene grande, era meno promettente della sua controparte Eagle da 127 qubit a causa del tasso di errore inferiore di quest’ultimo.
Nuove tecnologie nei processori
Il CTO di IBM, Oliver Dial, ha evidenziato diverse nuove funzionalità nei processori: connessioni qubit a sei vie (che consentono a ciascun qubit di connettersi con un massimo di sei vicini), livelli di routing aumentati, accoppiatori più lunghi e “gadget di ripristino” per riportare i qubit al loro stato fondamentale. Queste tecnologie vengono testate insieme per la prima volta sul processore Loon da 112 qubit.
Design modulare e processore Kookaburra
IBM sta inoltre sviluppando il processore Kookaburra, previsto per il 2026. Questo sarà il primo QPU progettato in modo modulare, combinando operazioni logiche con archiviazione di memoria. Il design modulare consente sistemi quantistici più scalabili e affidabili.
Monitoraggio del vantaggio quantistico
IBM ha creato un rilevatore dei vantaggi quantistici per misurare quando i computer quantistici possono risolvere problemi che vanno oltre le capacità dei supercomputer classici. Il tracker include tre sfide iniziali: stime osservabili, problemi variazionali e problemi classicamente verificabili.
Progressi nella fabbricazione dei wafer
IBM sta inoltre passando alla fabbricazione di wafer da 300 mm (12 pollici). Questo nuovo formato dimezza i tempi di realizzazione del processore e aumenta la complessità del chip di un fattore dieci. Il processo prevede il taglio di cilindri di silicio in dischi sottili, la progettazione di circuiti con software, l’incisione di circuiti, il deposito di metalli, il trattamento di wafer e la stratificazione/collegamento dei chip.
Conclusione: gli ultimi processori quantistici di IBM, Nighthawk e Loon, rappresentano passi significativi verso l’informatica quantistica pratica. L’attenzione sia al ridimensionamento delle prestazioni che alla correzione degli errori, combinata con i progressi nella fabbricazione dei wafer, posiziona IBM come leader nella corsa per ottenere un vantaggio quantistico e costruire computer quantistici tolleranti ai guasti entro il 2029
