La semana pasada, IBM actualizó su hoja de ruta de computación cuántica por tercera vez desde que se publicó la primera en 2020.En esta hoja de ruta, IBM ha introducido efectivamente tecnologías nuevas y esenciales en cada capa de la pila.También ha proporcionado nuevas herramientas para desarrolladores de kernel, desarrolladores de algoritmos y desarrolladores de modelos.Todos estos desarrollos requieren nuevos hardware, software y nueva arquitectura..
Esta hoja de ruta sugiere que IBM acelerará la trayectoria esperada de Quantum mediante el desarrollo de procesadores cuánticos que tienen el potencial de escalar a cientos de miles de qubits varios años antes de lo esperado..
Si se implementa la hoja de ruta de IBM, cambiará el paradigma de la computación cuántica.Hace una década, la supercomputación centrada en la CPU era el dominio exclusivo del gobierno y los investigadores para resolver problemas científicos grandes y complejos..Desde entonces, ha sido democratizado y transformado en varios tipos de supercomputación centrada en la IA utilizada en casi todas las industrias hoy en día.
Esta hoja de ruta es el plan de IBM para crear una nueva familia de procesadores cuánticos, software y servicios que conducirán a la realización de la próxima generación de supercomputadoras, una supercomputadora cuantia centrada en.Se espera que los recursos combinados de los procesadores cuánticos, las CPU y las GPU resuelvan algunos de los problemas más desafiantes del mundo..
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Tuve la oportunidad de discutir la nueva hoja de ruta de IBM y su impacto a largo plazo en la computación cuántica con elDr..Blake Johnson, plomo de plataforma cuántica de IBM.Dr.Johnson tiene un amplio fondo cuántico. Before his current role at IBM,Dr.Johnson fue vicepresidente de ingeniería cuántica en Rigetti Computing, y anterior a Rigetti, fue científico senior de BBN Technologies de Raytheon.Dr.Johnson recibió su licenciatura en física de la Universidad de Harvard y su doctorado en física de la Universidad de Yale.
Dr.Johnson explicó que IBM Research está desarrollando cuatro nuevos procesadores cuánticos programados para su lanzamiento en 2023, 2024 y 2025.IBM Quantum System Two proporcionará la infraestructura necesaria para admitir su nueva arquitectura de procesador.IBM está planeando que se ejecute un prototipo del Sistema 2 en 2023.
A pesar de que IBM ha programado el lanzamiento de sus nuevos procesadores cuánticos, todavía planea lanzar las QPU de un solo chip que se muestra en la hoja de ruta anterior.Estos incluyen el procesador Osprey 433-Qitbit, programado para su lanzamiento a finales de este año, y el procesador CONDOR 1121-Qitb, se espera que se lance en 2023.
En la hoja de ruta anterior, IBM lanzó QISKIT Runtime, un entorno de tiempo de ejecución de sistemas clásicos ubicados y sistemas cuánticos creados para admitir la ejecución contenedor de circuitos cuánticos a velocidad y escala.A principios de este mes, IBM anunció actualizaciones a Qiskit Runtime, equipándolo con dos nuevas primitivas.Las primitivas son programas predefinidos que facilitan la creación de cargas de trabajo clásicas cuánticas necesarias para construir y personalizar aplicaciones.
Las nuevas primitivas - muestreador y estimador - optimizan cómo se envía el código a una computadora cuántica.Sampler genera salidas que ayudan a determinar una solución al cálculo mediante el muestreo de circuitos cuánticos.El estimador es una interfaz de programa que estima los valores esperados de los operadores cuánticos para que los usuarios puedan calcular e interpretar los valores anticipados del operador cuántico necesarios por muchos algoritmos.
En 2023, IBM proporcionará primitivas adicionales que se ejecutan en procesadores cuánticos paralelos para obtener la aceleración de la aplicación.En un alto nivel, Quantum Server sin servidor permite combinaciones flexibles de computación clásica elástica con cuántico, mientras que las primitivas sirven como interfaz clásica cuántica.
Una nueva arquitectura modular
La última hoja de ruta de IBM presenta una arquitectura modular completamente nueva muy diferente a la arquitectura utilizada por su familia existente de procesadores cuánticos.La nueva arquitectura conecta procesadores cuánticos con una infraestructura de control común para que los datos puedan fluir clásicamente y en tiempo real entre la QPU y otros chips en un entorno múltiple.
Además, también emplea un esquema de puerta de múltiples quits completamente nuevo que es más rápido y mayor fidelidad.
En 2023, un nuevo QPU de 133 quits llamado Heron será el primer procesador de IBM en usar la nueva arquitectura.El gráfico anterior ilustra cómo se pueden unir múltiples procesadores de Heron utilizando acopladores clásicos para permitir la paralelización clásica.
Dr.Johnson dijo que la configuración de la Heron de múltiples chips sería extensible en función de los requisitos de demanda y aplicación. He said, “We believe this is an extensible architecture that is scalable to whatever size we want by using classical parallelization of quantum hardware."
El diseño modular, el acoplamiento clásico y la paralelización del hardware cuántico son elementos esenciales en el diseño de una supercomputadora cuantia centrada en.
Escala con acopladores cuánticos
En 2023, la hoja de ruta de IBM comienza a construir la base necesaria para sus objetivos a largo plazo mediante la introducción de tecnologías de acoplamiento cuántico de largo y largo alcance.Los acopladores permiten que los qubits se escalen lógicamente sin fabricar chips más grandes.Esto acomoda una mayor densidad de entrada-salida que de otro modo se necesitaría para obtener más señales dentro y fuera del sistema.
El esquema de acoplamiento requiere el mismo número de cables por qubit, pero los acopladores estiran la huella para que más cables no estén abarrotados en el mismo espacio físico.
Transición de QPU de un solo chip a múltiples QPU de chips
Los procesadores cuánticos IBM existentes son dispositivos de un solo chip.En 2024, IBM introducirá su primer procesador de chips múltiples llamado Crossbill, un procesador 408 qubit que demuestra la primera aplicación de acoplamiento de corto alcance.
Al concurrente con el desarrollo de Crossbill en 2024, IBM también desarrollará un procesador cuántico de más de 1386 quitados llamado Flamingo, la primera QPU en utilizar el acoplamiento de largo alcance.IBM también demostrará procesadores cuánticos paralelos utilizando tres flamencos conectados.
Las tecnologías cuánticas desarrolladas en 2024 allanarán el camino para la próxima generación de procesadores cuánticos y les permitirán escalar a cientos de miles de qubits utilizando múltiples chips.
2025 - Kookaburra, el gran pájaro
En 2025, IBM utilizará tecnologías desarrolladas en años anteriores para crear un procesador cuántico de 4158 quitados llamado Kookaburra.Será el primer procesador en utilizar una combinación de los acopladores de corto alcance de chip a chip y de largo alcance.
Mirando después de 2025, las tecnologías de acoplamiento comenzarán a resolver la mayoría de los problemas de escala a corto plazo.Como se muestra con Heron, los sistemas se pueden vincular junto con el paralelismo clásico utilizando enlaces de chip a chip para múltiples módulos o extender el tamaño de las unidades individuales con acoplamiento de largo alcance.
Circuitos dinámicos
Al igual que las hojas de ruta anteriores, la hoja de ruta de este año también muestra capas de software asociadas con objetivos de hardware respectivos.Aunque los circuitos dinámicos se anunciaron por primera vez en 2021, después de un mayor desarrollo, IBM implementará selectivamente la tecnología en sistemas exploratorios a finales de este año.
Circuitos dinámicos are a powerful and important technology that can:
El uso de circuitos dinámicos ha creado esencialmente una familia de circuitos mucho más amplia que aprovecha la medición, el cálculo y la gestión para permitir que los estados futuros se cambien o controlen por el resultado de las mediciones de circuito medio realizados durante la ejecución del circuito.
Quantum sin servidor
En 2023, IBM comenzará a desarrollar aplicaciones más mejoradas de la computación elástica y la paralelización del tiempo de ejecución QISKIT.
Es mucho más fácil para los desarrolladores de algoritmos crear y ejecutar muchos pequeños programas cuánticos y clásicos que un gran programa. IBM is integrating Quantum sin servidor into its core software stack to enable circuit knitting, allowing large quantum circuits to be solved by splitting them into smaller circuits and distributing them across quantum resources.Los circuitos de punto se pueden recombinar utilizando una solución orquestada de CPU clásicas y GPU.
El hardware y el software necesarios deben estar vigentes para 2023 que permite a los desarrolladores de modelos comenzar a crear prototipos de aplicaciones de software para casos de uso específicos.Según la hoja de ruta, el aprendizaje automático será el primer caso.Saltando hacia 2025, IBM planea expandir aplicaciones para incluir optimización, ciencias naturales y otros.
Desafíos de hoja de ruta
Existen varios desafíos que IBM debe abordar en su hoja de ruta si se debe alcanzar su objetivo final de construir una supercomputadora cuantia:
Envolviendolo
Los esfuerzos futuros de IBM continuarán enfocándose en escalar los qubits, aumentar la calidad y maximizar la velocidad de los circuitos cuánticos.Cada bloque de tecnología en su hoja de ruta es un paso medido y crítico en una evolución orquestada general que, si se ejecuta adecuadamente, permitirá a IBM alcanzar su objetivo final de construir procesadores cuánticos con cientos de miles de qubits.QISKIT Runtime y Runtime Primitives continuarán desempeñando un papel esencial en los planes futuros de IBM y se espera que aumente la aceleración de 120x a 200,000x en el futuro en el futuro.
En 2023, IBM implementará el último de sus procesadores cuánticos de un solo chip, el cóndor de 1121 quits.Ese año también verá el despliegue de tres tecnologías clave que forman la base de su plan general.Estos consisten en una arquitectura de computación cuántica completamente nueva y dos elementos de escala clave: un acoplador de chip a chip de corto alcance y un acoplador de largo alcance.
El primer procesador de chips múltiples, llamado Crossbill con 408 qubits, se introducirá en 2024.Este paso explora la ruta para aumentar el tamaño de los procesadores cuánticos más allá de los límites de área de un solo chip.
Un año después, en 2025, casi todas las partes del plan de tecnología de IBM se unen en forma de un procesador cuántico de quitado más de 4158 llamado Kookaburra (un signo más detrás del recuento de qubit significa que IBM cree que puede escalar este procesador a cualquier número de quebas.se siente necesario para la aplicación).Si bien cada nuevo procesador cuántico es importante para la hoja de ruta general, Kookaburra parece ser la piedra angular de las futuras generaciones de procesadores cuánticos de IBM.En las hojas de ruta anteriores, parecía que Condor sería la futura arquitectura.
Para 2026, las computadoras cuánticas con grandes cantidades de qubits finalmente deberían poder resolver un número selecto de problemas útiles mucho más allá de la capacidad de las computadoras clásicas.
Notas del analista:
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