La semaine dernière, IBM a mis à jour sa feuille de route quantique informatique pour la troisième fois depuis la publication du premier en 2020.Dans cette feuille de route, IBM a effectivement introduit des technologies nouvelles et essentielles à chaque couche de la pile.Il a également fourni de nouveaux outils pour les développeurs de noyau, les développeurs d'algorithmes et les développeurs de modèles.Ces développements nécessitent tous de nouveaux matériels, logiciels et nouvelle architecture.
Cette feuille de route suggère qu'IBM accélérera la trajectoire attendue de Quantum en développant des processeurs quantiques qui ont le potentiel de passer à des centaines de milliers de qubits plusieurs années plus tôt que prévu.
Si la feuille de route d'IBM est mise en œuvre, elle modifiera le paradigme de l'informatique quantique.Il y a dix ans, le supercalcul centré sur le processeur était le domaine exclusif du gouvernement et des chercheurs pour résoudre des problèmes scientifiques importants et complexes.Depuis lors, il a été démocratisé et transformé en différents types de supercomputing centrés sur l'IA utilisés dans presque toutes les industries aujourd'hui.
Cette feuille de route est le plan d'IBM pour créer une nouvelle famille de processeurs quantiques, de logiciels et de services qui mèneront à la réalisation de la prochaine génération de supercalculateurs, un supercalculateur centré sur quantum.Les ressources combinées des processeurs quantiques, des processeurs et des GPU devraient résoudre certains des problèmes les plus difficiles du monde.
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J'ai eu l'occasion de discuter de la nouvelle feuille de route d'IBM et de son impact à long terme sur l'informatique quantique avec DR.Blake Johnson, IBM Quantum Platform Lead.Dr.Johnson a une vaste expérience quantique. Before his current role at IBM,Dr.Johnson était vice-président de l'ingénierie quantique chez Rigetti Computing et précédant Rigetti, il était scientifique principal chez BBN Technologies de Raytheon.Dr.Johnson a obtenu son diplôme de premier cycle en physique de l'Université Harvard et son doctorat en physique de l'Université de Yale.
Dr.Johnson a expliqué qu'IBM Research développe quatre nouveaux processeurs quantiques prévus pour la sortie en 2023, 2024 et 2025.IBM Quantum System Two fournira l'infrastructure nécessaire pour soutenir sa nouvelle architecture de processeur.IBM prévoit qu'un prototype du système 2 fonctionne en 2023.
Même si IBM a programmé la sortie de ses nouveaux processeurs quantiques, il prévoit toujours de publier les QPU à puce unique indiqués sur la feuille de route précédente.Il s'agit notamment du processeur Osprey 433-qubit, prévu pour la sortie plus tard cette année, et du processeur Condor 1121-qubit, qui devrait sortir en 2023.
Sur la feuille de route précédente, IBM a lancé Qiskit Runtime, un environnement d'exécution de systèmes classiques co-localisés et de systèmes quantiques construits pour prendre en charge l'exécution conteneurisée des circuits quantiques à la vitesse et à l'échelle.Plus tôt ce mois-ci, IBM a annoncé des mises à jour de Qiskit Runtime, l'équipant de deux nouvelles primitives.Les primitives sont des programmes prédéfinis qui facilitent la création de charges de travail quantum-classiques nécessaires pour créer et personnaliser les applications.
Les nouvelles primitives - échantillonneur et estimateur - optimiser comment le code est envoyé à un ordinateur quantique.Sampler génère des sorties qui aident à déterminer une solution au calcul en échantillonnant des circuits quantiques.L'estimateur est une interface de programme qui estime les valeurs attendues des opérateurs quantiques afin que les utilisateurs puissent calculer et interpréter les valeurs d'opérateur quantique prévues nécessaires à de nombreux algorithmes.
En 2023, IBM fournira des primitives supplémentaires qui s'exécuteront sur des processeurs quantiques parallélisés pour obtenir une accélération d'application.À un niveau élevé, Quantum Server sans permet des combinaisons flexibles de calcul classique élastique avec quantum, tandis que les primitives servent d'interface quantique-classique.
Une nouvelle architecture modulaire
La dernière feuille de route d'IBM présente une architecture modulaire entièrement nouvelle très différente de l'architecture utilisée par sa famille de processeurs quantiques existants.La nouvelle architecture relie les processeurs quantiques à une infrastructure de contrôle commune afin que les données puissent circuler classiquement et en temps réel entre le QPU et d'autres puces dans un environnement multi-chip.
En outre, il utilise également un tout nouveau schéma de porte à plusieurs qubit qui est à la fois plus rapide et à fidélité supérieure.
En 2023, un nouveau QPU de 133 qubit appelé Heron sera le premier processeur IBM à utiliser la nouvelle architecture.Le graphique ci-dessus illustre comment plusieurs processeurs Heron peuvent être liés ensemble à l'aide de coupleurs classiques pour permettre une parallélisation classique.
Dr.Johnson a déclaré que la configuration du héron multi-chip serait extensible en fonction de la demande et des exigences d'application. He said, “We believe this is an extensible architecture that is scalable to whatever size we want by using classical parallelization of quantum hardware."
La conception modulaire, le couplage classique et la parallélisation du matériel quantique sont tous des éléments essentiels dans la conception d'un supercalculateur centré sur quantique.
Échelle avec des coupleurs quantiques
En 2023, la feuille de route d'IBM commence à construire les fondations nécessaires à ses objectifs à long terme en introduisant des technologies de couplage quantique à courte et à long terme.Les coupleurs permettent aux qubits d'être à l'échelle logique sans fabrication de puces plus grandes.Cela permet une augmentation de la densité de sortie d'entrée qui serait autrement nécessaire pour intégrer plus de signaux dans et hors du système.
Le schéma de couplage nécessite le même nombre de fils par Qubit, mais les coupleurs étirent l'empreinte afin que plus de fils ne soient pas entassés dans le même espace physique.
Transition des QPU à puce unique à plusieurs QPU à puce
Les processeurs quantum IBM existants sont des appareils à puce unique.En 2024, IBM introduira son premier processeur de puces multiples appelé Crossbill, un processeur 408 Qubit qui démontre la première application d'un couplage à courte portée.
Parallèlement au développement de Crossbill en 2024, IBM développera également un processeur quantique qubit 1386+ appelé Flamingo, le premier QPU à utiliser un couplage à longue portée.IBM montrera également des processeurs quantiques parallèles à l'aide de trois flamants links connectés.
Les technologies quantiques développées en 2024 ouvriront la voie à la prochaine génération de processeurs quantiques et leur permettra de passer à des centaines de milliers de qubits en utilisant plusieurs puces.
2025 - Kookaburra, le grand oiseau
En 2025, IBM utilisera les technologies développées au cours des années précédentes pour créer un processeur quantique Qubit 4158+ appelé Kookaburra.Ce sera le premier processeur à utiliser une combinaison des coupleurs à courte portée et à longue portée de puce à puce.
En regardant au-delà de 2025, les technologies de couplage commenceront à résoudre la plupart des problèmes de mise à l'échelle à court terme.Comme indiqué avec Heron, les systèmes peuvent être liés avec le parallélisme classique à l'aide de liens de puce à puce pour plusieurs modules ou d'étendre la taille des unités individuelles avec un couplage à longue portée.
Circuits dynamiques
Comme les feuilles de route précédentes, la feuille de route de cette année montre également les couches logicielles associées aux cibles matérielles respectives.Bien que les circuits dynamiques aient été annoncés pour la première fois en 2021, après un développement ultérieur, IBM déploiera sélectivement la technologie sur les systèmes exploratoires plus tard cette année.
Circuits dynamiques are a powerful and important technology that can:
L'utilisation de circuits dynamiques a essentiellement créé une famille de circuits beaucoup plus large qui tire parti de la mesure et du calcul et de la gestion pour permettre aux états futurs d'être modifiés ou contrôlés par l'issue des mesures en milieu de circuit effectuées lors de l'exécution du circuit.
Quantum Server sans
En 2023, IBM commencera à développer des applications plus améliorées de l'informatique élastique et de la parallélisation de Qiskit Runtime.
Il est beaucoup plus facile pour les développeurs d'algorithmes de créer et d'exécuter de nombreux petits programmes quantiques et classiques qu'un grand programme. IBM is integrating Quantum Server sans 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.Les circuits en tricot peuvent être recombinés en utilisant une solution orchestrée de CPU classiques et de GPU.
Le matériel et les logiciels nécessaires devraient être en place d'ici 2023 qui permet aux développeurs de modèles de commencer des applications logicielles de prototypage pour des cas d'utilisation spécifiques.Selon la feuille de route, l'apprentissage automatique sera le premier cas.Sauter vers 2025, IBM prévoit d'étendre les applications pour inclure l'optimisation, les sciences naturelles et autres.
Défis de la feuille de route
Il y a plusieurs défis que l'IBM doit relever dans sa feuille de route s'il veut atteindre son objectif final de construire un supercalculateur centré sur quantique:
Envelopper
Les efforts futurs d'IBM continueront de se concentrer sur la mise à l'échelle des qubits, l'augmentation de la qualité et la maximisation de la vitesse des circuits quantiques.Chaque bloc de technologie dans sa feuille de route est une étape mesurée et critique dans une évolution orchestrée globale qui, si elle est correctement exécutée, permettra à IBM d'atteindre son objectif final de construire des processeurs quantiques avec des centaines de milliers de tricots.Les primitives de l'exécution et de l'exécution de Qiskit continueront à jouer un rôle essentiel dans les plans futurs d'IBM et cela devrait augmenter l'accélération de 120x d'aujourd'hui à 200 000x dans le futur.
En 2023, IBM déploiera le dernier de ses processeurs quantiques à puce, le condor de 1121 qubit.Cette année verra également le déploiement de trois technologies clés qui constituent les fondements de son plan global.Ceux-ci se composent d'une toute nouvelle architecture informatique quantique et de deux éléments de mise à l'échelle clés: un coupleur de puce à puce à courte portée et un coupleur à longue portée.
Le premier processeur de puces multiples, appelé Crossbill avec 408 Qubits, sera introduit en 2024.Cette étape explore le chemin pour augmenter la taille des processeurs quantiques au-delà des limites de zone d'une seule puce.
Un an plus tard, en 2025, presque toutes les parties du plan technologique d'IBM se réunissent sous la forme d'un processeur quantique Qubit 4158+ appelé Kookaburra (un signe plus derrière le nombre de qubit signifie que IBM pense qu'il peut faire évoluer ce processeur sur n'importe quel nombre de qubitsse sent nécessaire pour l'application).Bien que chaque nouveau processeur quantique soit important pour la feuille de route globale, Kookaburra semble être la pierre angulaire des générations futures d'IBM de processeurs quantiques.Dans les feuilles de route précédentes, il semblait que Condor serait la future architecture.
D'ici 2026, les ordinateurs quantiques avec un grand nombre de qubits devraient enfin être en mesure de résoudre un nombre sélectionné de problèmes utiles bien au-delà de la capacité des ordinateurs classiques.
Remarques de l'analyste:
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