IBM przyspiesza w wyścigu o przewagę kwantową – nowe procesory Nighthawk i Loon

Podczas konferencji Quantum Developer, firma IBM zaprezentowała najnowsze postępy na drodze do dwóch kluczowych celów: osiągnięcia przewagi kwantowej do 2026 roku oraz zbudowania skalowalnego, odpornego na błędy komputera kwantowego do roku 2029.

IBM zaprezentował nowy procesor Quantum Nighthawk, który ma być jednym z filarów osiągnięcia przewagi kwantowej już w przyszłym roku. Układ oferuje 120 kubitów połączonych 218 sprzęgaczami nowej generacji – ponad 20% więcej niż poprzednia generacja Heron – oraz znacznie wyższą łączność, pozwalającą realizować obwody o 30% większej złożoności przy niskim poziomie błędów. Nighthawk umożliwia wykonywanie obliczeń korzystających z ok. 5 tys. bramek dwukubitowych, a kolejne generacje (2026-2028) mają osiągnąć łączną liczbę 7 500, 10 000 i nawet 15 000 takich operacji, dzięki skalowaniu architektury do ponad 1 000 kubitów i zastosowaniu długozasięgowych sprzęgaczy.

Firma znacząco rozwija też warstwę programistyczną. Qiskit otrzymał rozszerzone funkcje dynamic circuits, które o 24% poprawiają dokładność obliczeń na ponad 100 kubitach. Ponadto dodano nowy model wykonawczy i C-API, umożliwiające tańszą korekcję błędów z wykorzystaniem superkomputerów HPC. Według specjalistów IBM, pozwala to ponad stukrotnie obniżyć koszty uzyskania precyzyjnych wyników. Udostępnienie interfejsu C++ ułatwia integrację Qiskit w natywnych środowiskach HPC, a do 2027 roku platforma ma zostać wzbogacona o biblioteki obliczeniowe dla machine learningu, optymalizacji i symulacji fizyko-chemicznych.

IBM Quantum Loon

Największy przełom w kierunku komputerów odpornych na błędy ma jednak przynieść nowy procesor eksperymentalny IBM Quantum Loon, który po raz pierwszy integruje wszystkie kluczowe elementy praktycznej korekcji błędów. Loon testuje m.in. wielowarstwowe, niskostratne warstwy routingu, pozwalające na tworzenie długo zasięgowych połączeń na chipie oraz mechanizmy szybkiego resetowania kubitów. IBM informuje także o znacznym przyspieszeniu dekodowania błędów – dzięki wykorzystaniu kodów qLDPC firma zdołała zejść poniżej 480 ns, rok przed planowanym terminem.

Przyspieszenie rozwoju umożliwia również infrastruktura produkcyjna. IBM potwierdził przejście na wytwarzanie procesorów kwantowych na 300-mm waflach w fabryce Albany NanoTech Complex. Według firmy, pozwala to co najmniej dwukrotnie skrócić czas budowy nowych układów, zwiększyć złożoność fizyczną chipów nawet dziesięciokrotnie i prowadzić równoległe prace nad większą liczbą projektów.