IBM annuncia un rivoluzionario processore quantistico da 127 qubit

Nov 19 2021
a cura della Redazione
Lanciato al Quantum Summit 2021, “Eagle” avvicina ulteriormente il giorno in cui i computer quantistici potranno superare quelli classici per le applicazioni utili. Il colosso informatico ha presentato in anteprima anche il progetto Quantum System Two, un sistema di prossima generazione che ospiterà i futuri processori e che dovrebbe diventare operativo nel 2023.
(Fonte: IBM)
(Fonte: IBM)

Lo scorso 16 novembre, il colosso statunitense IBM ha annunciato al Quantum Summit 2021, l’evento annuale dedicato alle pietre miliari dell’hardware e del software quantistico e allo sviluppo del relativo ecosistema, il primo processore quantistico da 127 qubit (bit quantistici), denominato “Eagle”. Si tratta di un ulteriore passo avanti nell’attingere all’enorme potenziale di calcolo dei dispositivi basati sulla fisica quantistica. Sempre al Quantum Summit 2021, IBM ha presentato in anteprima i piani per IBM Quantum System Two, la nuova generazione di sistemi quantistici.

La roadmap di IBM per il quantum computing e i tre parametri di performance

L’informatica quantistica attinge alla natura quantistica fondamentale della materia a livelli subatomici, per offrire la possibilità di una enorme potenza di calcolo. L’unità computazionale fondamentale dell’informatica quantistica è il circuito quantico, una disposizione di qubit in porte e misure quantistiche. Più sono i qubit che un processore quantistico possiede, più complessi e preziosi sono i circuiti quantistici che esso può eseguire.
IBM ha recentemente presentato una roadmap dettagliata per il quantum computing, compreso un percorso di crescita scalabile dell’hardware quantum per consentire ai circuiti quantistici di raggiungere il Quantum Advantage, il punto in cui i sistemi quantistici possono superare in modo significativo i sistemi classici. Eagle è il passo più recente lungo questo percorso.
Nello specifico, i progressi nell’hardware di calcolo quantistico vengono misurati attraverso tre attributi di prestazioni: Scalabilità, Qualità e Velocità. La scalabilità è misurata nel numero di qubit su un processore quantistico e determina quanto di un circuito quantistico può essere eseguito. La qualità è misurata dal Quantum Volume e descrive la precisione con cui i circuiti quantistici vengono eseguiti su un dispositivo quantistico reale. La velocità è misurata da CLOPS (Circuit Layer Operations Per Second), una metrica introdotta da IBM nel novembre 2021, che determina la fattibilità dell’esecuzione di calcoli reali composti da un gran numero di circuiti quantistici.

Il processore Eagle da 127 qubit

Eagle è il primo processore quantistico di IBM sviluppato e distribuito per contenere più di 100 qubit operativi e collegati. Segue il processore IBM da 65 qubit “Hummingbird”, presentato nel 2020, e il processore “Falcon” da 27 qubit, presentato nel 2019. Per raggiungere questo punto di svolta, i ricercatori IBM si sono basati su innovazioni sperimentate nell’ambito dei processori quantistici esistenti, come un design di disposizione dei qubit per ridurre gli errori e un’architettura per limitare il numero di componenti necessari. Le nuove tecniche sfruttate all’interno di Eagle posizionano il cablaggio di controllo su più livelli fisici all’interno del processore, mantenendo i qubit su un singolo strato, il che consente un aumento significativo dei qubit.
L’aumento del numero di qubit permetterà agli utenti di esplorare problemi a un nuovo livello di complessità quando intraprendono esperimenti ed eseguono applicazioni, come l’ottimizzazione dell’apprendimento automatico o la modellazione di nuove molecole e materiali da utilizzare in settori che vanno dall’industria energetica al processo di scoperta di nuovi farmaci. Eagle è il primo processore quantistico IBM la cui scala rende impossibile una simulazione affidabile da parte di un computer classico. Infatti, il numero di bit classici necessari per rappresentare uno stato sul processore a 127 qubit supera il numero totale di atomi di cui sono composti gli oltre 7,5 miliardi di persone al mondo.

Darío Gil, direttore di IBM Research, ha affermato: “L’arrivo del processore ‘Eagle’ rappresenta un passo avanti importante verso il giorno in cui i computer quantistici potranno superare quelli classici per applicazioni utili. L’informatica quantistica ha il potere di trasformare quasi ogni settore e di aiutarci ad affrontare i più grandi problemi del nostro tempo. Questo è il motivo per cui IBM continua a innovare rapidamente l’hardware quantistico e la progettazione del software, creando una modalità di esecuzione che permetta ai carichi di lavoro quantistici e classici di potenziarsi a vicenda e creare un ecosistema globale, imperativo per la crescita di un’industria quantistica.

(Fonte: IBM)
(Fonte: IBM)
Quantum System Two: la nuova generazione di sistemi quantistici

Nel 2019, IBM ha presentato IBM Quantum System One, il primo sistema di calcolo quantistico integrato al mondo. Da allora, l’azienda ha reso disponibili questi sistemi come servizi IBM Quantum, basati su cloud, negli Stati Uniti, così come in Germania per Fraunhofer-Gesellschaft, il principale istituto di ricerca scientifica tedesco, in Giappone per l’University of Tokyo, e ancora negli Stati Uniti alla Cleveland Clinic. Inoltre, ha annunciato, sempre nell’ambito del Quantum Summit 2021, una nuova partnership con l’Università Yonsei di Seul (Corea del Sud) per implementare il primo sistema quantistico IBM nel paese asiatico.
Il dottor Jay Gambetta, IBM Fellow e VP per il Quantum Computing, ha affermato: “IBM Quantum System Two offre uno sguardo al futuro dei data center per il calcolo quantistico, dove la modularità e la flessibilità dell’infrastruttura di sistema saranno la chiave per una continua scalabilità. System Two attinge alla lunga eredità di IBM sia nel calcolo quantistico che in quello classico, apportando innovazioni ad ogni livello dello stack tecnologico.
Centrale per IBM Quantum System Two è il concetto di modularità. A mano a mano che IBM progredisce lungo la sua roadmap hardware e costruisce processori con un numero maggiore di qubit, è vitale che l’hardware di controllo abbia la flessibilità e le risorse necessarie per scalare. Queste risorse includono l’elettronica di controllo, che permette agli utenti di manipolare i qubit, e il raffreddamento criogenico, che mantiene i qubit a una temperatura abbastanza bassa da permettere alle loro proprietà quantistiche di manifestarsi.
Il design di IBM Quantum System Two incorporerà una nuova generazione di elettronica di controllo scalabile di qubit insieme a componenti e cablaggi criogenici a più alta densità. Inoltre, IBM Quantum System Two introduce una nuova piattaforma criogenica, progettata in collaborazione con Bluefors, con un innovativo design strutturale per massimizzare lo spazio per l’hardware di supporto richiesto dai processori più grandi, garantendo al tempo stesso che gli ingegneri possano accedervi facilmente e fare manutenzione hardware.
Inoltre, il nuovo design offre la possibilità di fornire un più grande spazio di lavoro criogenico condiviso, portando infine al potenziale collegamento di più processori quantistici. Il prototipo IBM Quantum System Two dovrebbe essere operativo nel 2023.

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