Riassunto:
IBM ha recentemente rilasciato il processore quantistico di nuova generazione Nighthawk r3 e ha annunciato il suo futuro piano di sviluppo del calcolo quantistico. Questo nuovo processore è progettato per eseguire fino a 10.000 operazioni quantistiche, gestendo attività di calcolo su larga scala più complesse mantenendo qualità operativa e velocità, segnando un passo importante verso l’obiettivo di IBM di calcolo quantistico tollerante ai guasti.
Secondo le informazioni divulgate da IBM, Nighthawk r3 sarà dotato di 520 qubit programmabili e 2034 componenti quantistici fisici, con l'obiettivo di eseguire stabilmente 10.000 operazioni quantistiche su un singolo processore. Allo stesso tempo, IBM prevede anche di connettere due processori Nighthawk r3 in un sistema unificato nel 2027 per costruire una piattaforma di calcolo quantistico con più di 1.000 qubit.
Jay Gambetta, responsabile della ricerca IBM, ha affermato che l'informatica quantistica veramente preziosa richiede non solo precisione, ma anche velocità. Poiché la scala dei sistemi quantistici continua ad espandersi, l’informatica quantistica può risolvere problemi pratici nel mondo reale solo tenendo conto sia della qualità computazionale che dell’efficienza di elaborazione.
Il Nighthawk r3 rilasciato questa volta è basato sul Nighthawk r2 lanciato a settembre di quest'anno. Il precedente processore r2 è stato in grado di eseguire più di 7.500 operazioni quantistiche su 120 qubit e raggiungere capacità di elaborazione fino a 100.000 campioni al secondo. IBM ritiene che questa piattaforma abbia dimostrato che l’informatica quantistica ha iniziato ad avere il potenziale per risolvere problemi reali del settore.
I qubit sono le unità informative di base dei computer quantistici, simili ai "bit" dei computer tradizionali. Ma a differenza dei bit tradizionali, che possono rappresentare solo 0 o 1, i qubit possono trovarsi contemporaneamente in uno stato di sovrapposizione di 0 e 1, consentendo ai computer quantistici di elaborare attività di calcolo estremamente complesse in parallelo. Questo è uno dei motivi per cui l'informatica quantistica è considerata uno strumento importante per risolvere i problemi futuri nella scienza dei materiali, nella simulazione chimica, nello sviluppo e nell'ottimizzazione dei farmaci.
Una delle innovazioni più importanti di Nighthawk r2 è l'introduzione di un'architettura di ripristino dei qubit ad alta velocità. Nel tradizionale processo di calcolo quantistico, dopo ogni operazione, i qubit devono tornare allo stato fondamentale prima di iniziare il ciclo successivo di calcoli, e questo processo può richiedere centinaia di millisecondi, facendo sì che il processore trascorra la maggior parte del suo tempo in uno stato di attesa.
La nuova tecnologia sviluppata da IBM ha notevolmente ridotto questo processo di attesa. Secondo i rapporti, il tempo di ripristino dei qubit è stato compresso da circa 200 millisecondi a circa 25 nanosecondi senza disturbare il funzionamento dei qubit circostanti. Ciò consente ai sistemi quantistici di eseguire calcoli più frequentemente, migliorando significativamente l’efficienza complessiva.
Sulla base di questi risultati tecnici, IBM prevede di estendere la stessa architettura a Nighthawk r3 e di migliorare ulteriormente la scalabilità del sistema e la potenza di calcolo. L’azienda ritiene che le applicazioni future dovranno eseguire migliaia o addirittura decine di migliaia di operazioni quantistiche su centinaia di qubit e generare milioni o addirittura miliardi di campioni di calcolo allo stesso tempo, quindi velocità e scalabilità sono indispensabili.
Per raggiungere l'obiettivo di oltre 1.000 qubit, IBM ha anche dimostrato gli ultimi progressi nella tecnologia di interconnessione multi-chip. All’inizio di quest’anno, il gruppo di ricerca ha utilizzato con successo quattro accoppiatori quantistici a lunga distanza per collegare insieme due processori Nighthawk r1. Queste strutture di interconnessione quantistica agiscono come “ponti ad alta velocità” tra i computer quantistici, consentendo a più processori di lavorare insieme.
I dati sperimentali mostrano che questa connessione quantistica a lunga distanza ha raggiunto una fedeltà di trasmissione delle informazioni del 99,4%, che si sta gradualmente avvicinando all'obiettivo del 99,9% fissato da IBM. Una volta che la relativa tecnologia sarà maturata, più processori quantistici saranno in grado di formare un sistema quantistico unificato su scala più ampia, superando così il limite di scala del singolo chip.
IBM ha inoltre rivelato che numerosi partner e clienti, tra cui E.ON, Algorithmiq e Q-CTRL, utilizzano attualmente più di 34 miliardi di circuiti quantistici sulla piattaforma Nighthawk r2. In alcuni scenari applicativi, le prestazioni del sistema sono state migliorate fino a 19 volte rispetto alla precedente piattaforma quantistica di IBM.
In termini di applicazioni pratiche, la società energetica E.ON utilizza Nighthawk r2 per condurre ricerche sull'apprendimento automatico quantistico relative all'ottimizzazione della rete, ottenendo un miglioramento delle prestazioni di circa 15 volte. Anche l'esperimento di simulazione di materiali magnetici condotto da IBM in collaborazione con l'Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti ha raggiunto un'accelerazione delle prestazioni di circa 12 volte. Questi risultati indicano che l’informatica quantistica si sta gradualmente spostando dalla ricerca di laboratorio alle applicazioni industriali pratiche.
Gli analisti ritengono che il rilascio di Nighthawk r3 non sia solo un ulteriore miglioramento delle prestazioni dell'hardware quantistico di IBM, ma, cosa ancora più importante, dimostri un percorso di sviluppo da centinaia di qubit a un sistema a livello di mille qubit. Mentre le architetture di ripristino ad alta velocità, le interconnessioni quantistiche multi-chip e le tecnologie tolleranti ai guasti continuano a maturare, l’informatica quantistica si avvicina sempre di più alla risoluzione di complessi problemi scientifici e industriali nel mondo reale.
Commenti