IBM zaprezentował dwie nowe jednostki przetwarzania kwantowego (QPU), których zadaniem jest przyspieszenie przejścia na praktyczne obliczenia kwantowe. Udoskonalenia te obejmują 120-kubitowy procesor Nighthawk, który zapewnia o 30% wzrost wydajności w porównaniu z poprzednimi modelami, oraz 112-kubitowy procesor Loon, zaprojektowany jako model w pełni odpornych na błędy obliczeń kwantowych.
Skalowanie wydajności za pomocą Nighthawk
Procesor Nighthawk poprawia łączność kubitów dzięki zaawansowanym, niestandardowym złączom, dzięki czemu każdy ze 120 kubitów może połączyć się z maksymalnie czterema sąsiadami. Architektura ta obsługuje obliczenia kwantowe, wymagające do 5000 bramek dwukubitowych – podstawowych operacji w obliczeniach kwantowych. IBM planuje skalować Nighthawk do 7500 i 10 000 bramek odpowiednio do 2026 i 2027 r., a długoterminowym celem jest osiągnięcie 15 000 bramek w systemie 1000 kubitów do 2028 r.
Dążenie do tolerancji błędów w firmie Loon
Chociaż liczba kubitów jest ważna, prawdziwym wyzwaniem jest ograniczenie błędów. Procesor Loon skupia się na tym, integrując wszystkie komponenty sprzętowe wymagane do obliczeń kwantowych odpornych na błędy. Oznacza to, że procesor zaprojektowano tak, aby samodzielnie wykrywał i korygował błędy w czasie rzeczywistym, co stanowi krytyczny krok w kierunku niezawodnych obliczeń kwantowych.
Dlaczego korekcja błędów jest ważna
Komputery kwantowe są z natury niestabilne, a kubity są podatne na błędy. Procesor Loon rozwiązuje ten problem poprzez zastosowanie technologii Quantum Error Correction (QEC). W QEC nie chodzi o produkcję większych procesorów; chodzi o stworzenie bardziej niezawodnych procesorów. 1000-kubitowy chip Condor firmy IBM, choć duży, był mniej obiecujący niż jego 127-kubitowy odpowiednik Eagle ze względu na wyższy poziom błędów tego ostatniego.
Nowe technologie w procesorach
CTO IBM Oliver Dial podkreślił kilka nowych funkcji w procesorach: sześciokierunkowe połączenia kubitów (umożliwiające każdemu kubitowi łączenie się z sześcioma sąsiadami), zwiększoną liczbę warstw routingu, dłuższe złącza i „gadżety resetowania”, które przywracają kubity do stanu podstawowego. Technologie te są po raz pierwszy testowane łącznie na 112-kubitowym procesorze Loon.
Modułowa konstrukcja i procesor Kookaburra
IBM pracuje także nad procesorem Kookaburra, którego premiera planowana jest na rok 2026. Będzie to pierwszy procesor QPU o konstrukcji modułowej, łączący operacje logiczne z przechowywaniem pamięci. Modułowa konstrukcja umożliwia bardziej skalowalne i niezawodne systemy kwantowe.
Śledzenie przewagi kwantowej
IBM stworzył narzędzie do śledzenia przewagi kwantowej, które pozwala zmierzyć, kiedy komputery kwantowe będą w stanie rozwiązywać problemy wykraczające poza możliwości klasycznych superkomputerów. Moduł śledzący obejmuje trzy problemy początkowe: estymację obserwowalną, problemy wariacyjne i problemy klasycznie weryfikowalne.
Ulepszenia w produkcji płyt
IBM rozpoczyna również produkcję płytek o średnicy 300 mm (12 cali). Ten nowy format skraca czas montażu procesora o połowę i zwiększa złożoność układu dziesięciokrotnie. Proces obejmuje cięcie cylindrów krzemu na cienkie dyski, projektowanie obwodów za pomocą oprogramowania, trawienie obwodów, osadzanie metali, obróbkę płytek i układanie warstw/łączenie chipów.
Wniosek: najnowsze procesory kwantowe IBM, Nighthawk i Loon, stanowią znaczący krok w kierunku praktycznych obliczeń kwantowych. Koncentracja na skalowaniu wydajności i korekcji błędów w połączeniu z postępem w produkcji płytek półprzewodnikowych stawia IBM na pozycji lidera w wyścigu mającym na celu osiągnięcie przewagi kwantowej i stworzenie do roku 2029 komputerów kwantowych odpornych na błędy.
