Na semana passada, a IBM atualizou seu roteiro de computação quântica pela terceira vez desde que o primeiro foi publicado em 2020.Neste roteiro, a IBM introduziu efetivamente tecnologias novas e essenciais em todas as camadas da pilha.Ele também forneceu novas ferramentas para desenvolvedores de kernel, desenvolvedores de algoritmos e desenvolvedores de modelos.Todos esses desenvolvimentos exigem novo hardware, software e nova arquitetura.
Este roteiro sugere que a IBM acelerará a trajetória esperada do Quantum, desenvolvendo processadores quânticos que têm o potencial de escalar para centenas de milhares de qubits vários anos antes do esperado.
Se o roteiro da IBM for implementado, ele mudará o paradigma da computação quântica.Há uma década, a supercomputação centrada na CPU foi o domínio exclusivo do governo e pesquisadores para resolver problemas científicos grandes e complexos.Desde então, foi democratizado e transformado em vários tipos de supercomputação centrada na IA usada em quase todos os setores hoje.
Este roteiro é o plano da IBM de criar uma nova família de processadores quânticos, software e serviços que levarão à realização da próxima geração de supercomputadores, um supercomputador centrado em quântica.Espera -se que os recursos combinados de processadores quânticos, CPUs e GPUs resolvam alguns dos problemas mais desafiadores do mundo.
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Tive a oportunidade de discutir o novo roteiro da IBM e seu impacto a longo prazo na computação quântica com DR.Blake Johnson, IBM Quantum Platform Lead.Dr.Johnson tem um fundo quântico extenso. Before his current role at IBM,Dr.Johnson foi vice -presidente de engenharia quântica da Rigetti Computing e, anterior, Rigetti, ele era cientista sênior da BBN Technologies da Raytheon.Dr.Johnson recebeu sua graduação em física pela Universidade de Harvard e seu doutorado em física pela Universidade de Yale.
Dr.Johnson explicou que a IBM Research está desenvolvendo quatro novos processadores quânticos programados para lançamento em 2023, 2024 e 2025.O IBM Quantum System dois fornecerá a infraestrutura necessária para apoiar sua nova arquitetura de processador.A IBM está planejando que um protótipo do sistema 2 esteja em execução em 2023.
Embora a IBM tenha agendado o lançamento de seus novos processadores quânticos, ele ainda planeja lançar o QPUS de chip único mostrado no roteiro anterior.Isso inclui o processador Osprey com 433 quits, programado para lançamento ainda este ano, e o processador Condor 1121-Qubit, que deve ser lançado em 2023.
No roteiro anterior, a IBM lançou o Qiskit RunTime, um ambiente de tempo de execução de sistemas clássicos e sistemas quânticos co-localizados construídos para suportar a execução de contêiner de circuitos quânticos em velocidade e escala.No início deste mês, a IBM anunciou atualizações para o Qiskit Runtime, equipando -o com duas novas primitivas.Os primitivos são programas predefinidos que facilitam a criação de cargas de trabalho em clássicas quânticas necessárias para criar e personalizar aplicativos.
Os novos primitivos - amostrador e estimador - otimizam como o código é enviado para um computador quântico.O amostrador gera saídas que ajudam a determinar uma solução para o cálculo, amostrando circuitos quânticos.O estimador é uma interface do programa que estima os valores esperados dos operadores quânticos para que os usuários possam calcular e interpretar os valores previstos do operador quântico necessário por muitos algoritmos.
Em 2023, a IBM fornecerá primitivas adicionais que são executadas em processadores quânticos paralelos para obter aceleração do aplicativo.Em um nível alto, o Quantum Serverless permite combinações flexíveis de computação clássica elástica com quantum, enquanto as primitivas servem como interface quântica clássica.
Uma nova arquitetura modular
O mais recente roteiro da IBM apresenta uma arquitetura modular totalmente nova muito diferente da arquitetura usada por sua família existente de processadores quânticos.A nova arquitetura conecta os processadores quânticos a uma infraestrutura de controle comum para que os dados possam fluir de forma clássica e em tempo real entre a QPU e outros chips em um ambiente multi-chip.
Além disso, também emprega um esquema de portão de vários quits totalmente novo que é mais rápido e de alta fidelidade.
Em 2023, um novo QPU de 133 quits chamado Heron será o primeiro processador IBM a usar a nova arquitetura.O gráfico acima ilustra como vários processadores de Heron podem ser vinculados usando acopladores clássicos para permitir a paralelização clássica.
Dr.Johnson disse que a configuração de Heron Multi-Chip seria extensível com base na demanda e nos requisitos de aplicação. He said, “We believe this is an extensible architecture that is scalable to whatever size we want by using classical parallelization of quantum hardware."
Design modular, acoplamento clássico e paralelização do hardware quântico são todos os elementos essenciais na criação de um supercomputador centrado na quântica.
Escalando com acopladores quânticos
Em 2023, o roteiro da IBM começa a construir a base necessária para suas metas de longo prazo, introduzindo tecnologias de acoplamento quântico de curto e longo alcance.Os acopladores permitem que os qubits sejam escalados logicamente sem fabricar chips maiores.Isso acomoda o aumento da densidade de entrada e saída que, de outra forma, seria necessário para obter mais sinais dentro e fora do sistema.
O esquema de acoplamento requer o mesmo número de fios por qubit, mas os acopladores esticam a pegada para que mais fios não fiquem amontoados no mesmo espaço físico.
Transição de QPUs de chip único para múltiplos chip qpus
Os processadores quânticos IBM existentes são dispositivos de chip único.Em 2024, a IBM apresentará seu primeiro processador de chip múltiplos chamado Crossbill, um processador 408 qubit que demonstra a primeira aplicação de acoplamento de curto alcance.
Simultaneamente ao desenvolvimento de Crossbill em 2024, a IBM também desenvolverá um processador quântico quitle de 1386+ chamado Flamingo, o primeiro QPU a usar o acoplamento de longo alcance.A IBM também demonstrará processadores quânticos paralelos usando três flamingos conectados ao link.
As tecnologias quânticas desenvolvidas em 2024 abrirão o caminho para a próxima geração de processadores quânticos e permitirão que eles escalem para centenas de milhares de qubits usando vários chips.
2025 - Kookaburra, o Big Bird
Em 2025, a IBM usará as tecnologias desenvolvidas em anos anteriores para criar um processador quântico qubit de 4158+ chamado Kookaburra.Será o primeiro processador a usar uma combinação dos acopladores de curto e longo alcance de chip a chip.
Olhando para o 2025, as tecnologias de acoplamento começarão a resolver a maioria dos problemas de escala de curto prazo.Como mostrado com Heron, os sistemas podem ser vinculados ao paralelismo clássico usando links chip-chip para vários módulos ou estender o tamanho de unidades individuais com acoplamento de longo alcance.
Circuitos dinâmicos
Como os roteiros anteriores, o roteiro deste ano também mostra camadas de software associadas aos respectivos alvos de hardware.Embora os circuitos dinâmicos tenham sido anunciados pela primeira vez em 2021, após o desenvolvimento adicional, a IBM implantará seletivamente a tecnologia em sistemas exploratórios ainda este ano.
Circuitos dinâmicos are a powerful and important technology that can:
O uso de circuitos dinâmicos criou essencialmente uma família muito mais ampla de circuitos que aproveitam a medição, a computação e a gestão para permitir que estados futuros sejam alterados ou controlados pelo resultado das medições do circuito médio feitas durante a execução do circuito.
Quantum Serverless
Em 2023, a IBM começará a desenvolver aplicações mais aprimoradas de computação elástica e paralelização do tempo de execução do Qiskit.
É muito mais fácil para os desenvolvedores de algoritmo criar e executar muitos pequenos programas quânticos e clássicos do que um grande programa.A IBM está integrando o servidor quântico em sua pilha de software principal para permitir o tricô do circuito, permitindo que grandes circuitos quânticos sejam resolvidos dividindo -os em circuitos menores e distribuindo -os por recursos quânticos.Os circuitos de malha podem ser recombinados usando uma solução orquestrada de CPUs clássicas e GPUs.
O hardware e o software necessário devem estar em vigor até 2023, que permite que os desenvolvedores de modelos iniciem a prototipagem de aplicativos de software para casos de uso específicos.De acordo com o roteiro, o aprendizado de máquina será o primeiro caso.Saltando para 2025, a IBM planeja expandir aplicativos para incluir otimização, ciências naturais e outros.
Desafios do roteiro
Existem vários desafios que a IBM deve enfrentar em seu roteiro se for atingir seu objetivo final de criar um supercomputador centrado na quântica:
Embrulhando-o
Os esforços futuros da IBM continuarão a se concentrar em escalar qubits, aumentar a qualidade e maximizar a velocidade dos circuitos quânticos.Cada bloco de tecnologia em seu roteiro é um passo medido e crítico em uma evolução orquestrada em geral que, se executada adequadamente, permitirá que a IBM atinja seu objetivo final de criar processadores quânticos com centenas de milhares de qubits.O Qiskit Runtime e o Runtime Primitives continuarão a desempenhar um papel essencial nos planos futuros da IBM e espera -se que aumente a aceleração entre 120x para 200.000x de hoje em algum momento no futuro.
Em 2023, a IBM implantará o último de seus processadores quânticos de chip único, o condor de 1121 quits.Esse ano também verá a implantação de três tecnologias principais que formam a base de seu plano geral.Eles consistem em uma arquitetura de computação quântica completamente nova e dois elementos de escala principais: um acoplador de chip-to-chip de curto alcance e um acoplador de longo alcance.
O primeiro processador de chip múltiplos, chamado Crossbill com 408 qubits, será introduzido em 2024.Esta etapa explora o caminho para aumentar o tamanho dos processadores quânticos além dos limites de área de um único chip.
Um ano depois, em 2025, quase todas as partes do plano de tecnologia da IBM se reúnem na forma de um processador quântico quitum de 4158+ chamado Kookaburra (um sinal de mais por trás da contagem de qubit significasensação é necessária para o aplicativo).Embora cada novo processador quântico seja importante para o roteiro geral, Kookaburra parece ser a pedra angular das futuras gerações de processadores quânticos da IBM.Nos roteiros anteriores, parecia que Condor seria a futura arquitetura.
Até 2026, os computadores quânticos com um grande número de qubits devem finalmente poder resolver um número seleto de problemas úteis muito além da capacidade dos computadores clássicos.
Notas dos analistas:
Note: Moor Insights & Strategy writers and editors may have contributed to this article.
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