IBM ha annunciato Nighthawk r3, il suo prossimo chip quantistico superconduttore, progettato per eseguire 10.000 operazioni con precisione su 520 qubit programmabili. Il gruppo prevede di collegare due chip r3 in un sistema da 1.040 qubit entro il 2027.
Un qubit, o bit quantistico, è l’unità di base di un computer quantistico. La famiglia Nighthawk si basa su un’architettura detta a rete quadrata: la maggior parte dei qubit è collegata a quattro vicini, contro due o tre nelle progettazioni precedenti. Secondo IBM, questa connettività permette di esprimere più strutture di entanglement con meno operazioni di permutazione.
Il chip attualmente in produzione, Nighthawk r2, conta 120 qubit programmabili, 218 accoppiatori e 120 elementi di reimpostazione, per un totale di 458 elementi fisici. È accessibile tramite l’IBM Quantum Platform, nel cloud.
Una reimpostazione più rapida
Secondo IBM, il principale freno dei processori precedenti era la reimpostazione dei qubit. Il metodo utilizzato su Heron, detto condizionale, misura il qubit e poi lo inverte se si trova nello stato eccitato. Tuttavia, non permette di correggere i qubit « perdenti », per cui il chip rimane inattivo per diverse centinaia di microsecondi tra due esecuzioni.
Nighthawk r2 sostituisce questo approccio con un dispositivo di reimpostazione dissipativa associato a ciascun qubit. Un accoppiatore regolabile collega ogni qubit a un ambiente freddo su richiesta. Il tempo di rilassamento effettivo, indicato come T1, passerebbe così da circa 200 microsecondi a circa 25 nanosecondi, e il tempo di inattività tra due esecuzioni scenderebbe fino a 1 microsecondo. IBM annuncia il seguente risultato: oltre 100.000 circuiti al secondo, contro circa 4.000 per Heron.
Secondo IBM, i clienti hanno già eseguito 34 miliardi di circuiti su Nighthawk r2. I guadagni riportati dai partner, che IBM presenta come auto-dichiarati, arrivano fino a 19 volte la velocità dei processori precedenti. Il fornitore di energia E.ON cita un guadagno di 15 volte nell’apprendimento automatico quantistico per l’ottimizzazione delle reti elettriche, e il laboratorio Oak Ridge National Laboratory di 12 volte su una simulazione di materiali magnetici. Per Q-CTRL, una simulazione fermionica a 60 qubit ha visto il suo tempo di esecuzione passare da 4 minuti e 25 secondi a 23 secondi.
Collegare i chip
La via verso i 1.040 qubit passa per gli l-couplers, interconnessioni tra chip. IBM ha collegato due chip Nighthawk r1 con quattro di queste connessioni, ciascuna utilizzando un cavo di 80 cm. Il trasferimento di stato raggiungerebbe fino al 99,3%, con una media del 99%, mentre l’obiettivo dichiarato è del 99,9%. IBM indica inoltre di aver collegato due moduli criogenici, raggiungendo meno di 15 millikelvin in meno di cinque giorni.
Nighthawk r3 conserva la rete quadrata e le operazioni rapide di r2, con 2.034 qubit fisici e dieci l-couplers. Rimane tuttavia una progettazione e non un hardware consegnato. Il sistema da 1.040 qubit, invece, è presentato come un progetto per il 2027.
