IBM ha anunciado Nighthawk r3, su próximo chip cuántico superconductor, diseñado para ejecutar 10 000 operaciones con precisión en 520 qubits programables. El grupo prevé para 2027 conectar dos chips r3 en un sistema de 1 040 qubits.
Un qubit, o bit cuántico, es la unidad básica de un ordenador cuántico. La familia Nighthawk se basa en una arquitectura denominada de red cuadrada: la mayoría de los qubits están conectados a cuatro vecinos, frente a dos o tres en los diseños anteriores. Según IBM, esta conectividad permite expresar más estructuras de entrelazamiento con menos operaciones de permutación.
El chip actualmente en producción, Nighthawk r2, cuenta con 120 qubits programables, 218 acopladores y 120 elementos de reinicialización, es decir, 458 elementos físicos en total. Es accesible a través de la IBM Quantum Platform, en la nube.
Una reinicialización más rápida
Según IBM, el principal freno de los procesadores anteriores era la reinicialización de los qubits. El método utilizado en Heron, denominado condicional, mide el qubit y luego lo devuelve si se encuentra en el estado excitado. Sin embargo, no permite corregir los qubits ‘fugitivos’, por lo que el chip permanece inactivo durante varios cientos de microsegundos entre dos ejecuciones.
Nighthawk r2 sustituye este enfoque por un dispositivo de reinicialización disipativa asociado a cada qubit. Un acoplador ajustable conecta cada qubit a un entorno frío bajo demanda. El tiempo de relajación efectivo, denominado T1, pasaría así de unos 200 microsegundos a unos 25 nanosegundos, y el tiempo de inactividad entre dos ejecuciones caería hasta 1 microsegundo. IBM anuncia el siguiente resultado: más de 100 000 circuitos por segundo, frente a unos 4 000 para Heron.
Según IBM, los clientes ya han ejecutado 34 000 millones de circuitos en Nighthawk r2. Las mejoras reportadas por los socios, que IBM presenta como auto-declaradas, llegan hasta 19 veces la velocidad de los procesadores anteriores. El proveedor de energía E.ON cita una mejora de 15 veces en aprendizaje automático cuántico para la optimización de redes eléctricas, y el laboratorio Oak Ridge National Laboratory de 12 veces en una simulación de materiales magnéticos. Para Q-CTRL, una simulación fermiónica a 60 qubits vio su tiempo de ejecución pasar de 4 minutos 25 segundos a 23 segundos.
Conectar los chips
La vía hacia los 1 040 qubits pasa por los l-couplers, interconexiones entre chips. IBM ha conectado dos chips Nighthawk r1 con cuatro de estos enlaces, cada uno usando un cable de 80 cm. La transferencia de estado alcanzaría hasta un 99,3 %, con una media del 99 %, mientras que el objetivo declarado es del 99,9 %. IBM indica además haber conectado dos módulos criogénicos, alcanzando menos de 15 milikelvins en menos de cinco días.
Nighthawk r3 conserva la red cuadrada y las operaciones rápidas de r2, con 2 034 qubits físicos y diez l-couplers. No obstante, sigue siendo un diseño y no un hardware entregado. El sistema de 1 040 qubits, por su parte, se presenta como un proyecto para 2027.
