IBM ogłosił Nighthawk r3, swój kolejny nadprzewodzący układ kwantowy, zaprojektowany do precyzyjnego wykonywania 10 000 operacji na 520 programowalnych kubitach. Koncern planuje do 2027 roku połączyć dwa układy r3 w system o pojemności 1 040 kubitów.
Kubit, czyli bit kwantowy, jest podstawową jednostką komputera kwantowego. Rodzina Nighthawk opiera się na architekturze nazywanej siecią kwadratową: większość kubitów jest połączona z czterema sąsiadami, w porównaniu do dwóch lub trzech w poprzednich konstrukcjach. Według IBM ta łączność pozwala wyrazić więcej struktur splątania przy mniejszej liczbie operacji permutacji.
Obecnie produkowany układ, Nighthawk r2, ma 120 programowalnych kubitów, 218 sprzęgaczy i 120 elementów resetujących, co daje w sumie 458 elementów fizycznych. Jest dostępny za pośrednictwem IBM Quantum Platform, w chmurze.
Szybsze resetowanie
Według IBM głównym ograniczeniem poprzednich procesorów było resetowanie kubitów. Metoda stosowana w Heronie, zwana warunkową, mierzy kubit, a następnie odwraca go, jeśli znajduje się w stanie wzbudzonym. Nie pozwala jednak na korektę « przeciekających » kubitów, przez co układ pozostaje nieaktywny przez kilkaset mikrosekund między kolejnymi uruchomieniami.
Nighthawk r2 zastępuje to podejście urządzeniem resetującym rozpraszającym, związanym z każdym kubitem. Regulowany sprzęgacz łączy każdy kubit na żądanie z zimnym otoczeniem. Efektywny czas relaksacji, oznaczony jako T1, miałby się dzięki temu skrócić z około 200 mikrosekund do około 25 nanosekund, a czas bezczynności między wykonaniami spadłby nawet do 1 mikrosekundy. IBM ogłasza następujący wynik: ponad 100 000 obwodów na sekundę, w porównaniu do około 4 000 dla Herona.
Według IBM klienci wykonali już 34 miliardy obwodów na Nighthawk r2. Zgłaszane przez partnerów korzyści, które IBM przedstawia jako samodeklarowane, sięgają nawet 19-krotności szybkości poprzednich procesorów. Dostawca energii E.ON podaje 15-krotny wzrost w kwantowym uczeniu maszynowym do optymalizacji sieci elektrycznych, a laboratorium Oak Ridge National Laboratory 12-krotny w symulacji materiałów magnetycznych. Dla Q-CTRL czas wykonania symulacji fermionowej na 60 kubitach skrócił się z 4 minut 25 sekund do 23 sekund.
Łączenie układów
Droga do 1 040 kubitów prowadzi przez l-couplers, czyli połączenia między układami. IBM połączył dwa układy Nighthawk r1 za pomocą czterech takich połączeń, każde wykorzystujące kabel o długości 80 cm. Transfer stanu miałby osiągać do 99,3%, przy średniej 99%, podczas gdy deklarowanym celem jest 99,9%. IBM wskazuje również, że połączył dwa moduły kriogeniczne, osiągając poniżej 15 milikelwinów w mniej niż pięć dni.
Nighthawk r3 zachowuje sieć kwadratową i szybkie operacje z r2, z 2 034 kubitami fizycznymi i dziesięcioma l-couplers. Pozostaje jednak na razie projektem, a nie dostarczanym sprzętem. System o pojemności 1 040 kubitów jest przedstawiany jako projekt na 2027 rok.
