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La carrera cuántica de IBM hacia un millón de Qubits

Hola, un placer verte por aquí. Te escribe Simón Sánchez y en el día de hoy hablaremos sobre La carrera cuántica de IBM hacia un millón de Qubits

IBM delineó su ambiciosa hoja de ruta de tecnología de computación cuántica hoy en su Quantum Summit virtual. La asombrosa cantidad de millones de qubits aún está muy lejos, está de acuerdo IBM, pero quizás no tan lejos. Igual de alucinante es el plan a corto plazo de IBM para un sistema de más de 1,000 qubit llamado Condor y esperado para fines de 2023.

IBM es quizás el actor comercial líder en computación cuántica y ha apostado fuertemente por la tecnología qubit basada en semiconductores superconductores (transmons). Un gran desafío fue la fragilidad de los estados cuánticos. IBM y casi todos los demás se han visto obligados a utilizar refrigeradores de dilución para mantener los procesadores cuánticos congelados a unos pocos grados Kelvin para escapar del «ruido» perturbador que confunde los circuitos cuánticos. Es uno de los problemas que ha mantenido bajo el recuento de qubits.

Al anunciar los planes de tecnología cuántica de IBM, Jay Gambetta, miembro de IBM y vicepresidente de IBM Quantum, señaló su Blog, «A medida que exploramos los reinos más allá del umbral de mil qubit, los refrigeradores comerciales de dilución de hoy en día ya no podrán enfriar y aislar eficazmente dispositivos tan grandes y complejos. También estamos introduciendo un ‘súper refrigerador’ de 3 metros de alto y 1 metro de ancho. , 8 metros, con el nombre de código interno «Goldeneye», un refrigerador de dilución más grande que cualquier otro disponible comercialmente en la actualidad.Nuestro equipo ha diseñado este gigante con un sistema de un millón de qubit en mente y ya ha comenzado a realizar pruebas. viabilidad fundamental.

«En última instancia, visualizamos un futuro en el que las interconexiones cuánticas conectan refrigeradores de dilución que contienen cada uno un millón de qubits, mientras que la intranet conecta procesadores de supercomputación, creando una computadora cuántica masivamente paralela capaz de cambiar el mundo».

Esta es una verdadera idea y el plan detallado de hoy parece un momento importante en la computación cuántica si IBM puede cumplir. Quedan muchos problemas: escalabilidad, corrección / mitigación de errores, tecnologías qubit rivales, solo por nombrar algunos. De hecho, la tecnología de la computación cuántica es un campo en el que el progreso ha resultado endiabladamente difícil de predecir. Sin embargo, IBM fue sorprendentemente específico hoy, como lo muestra la apuesta de la línea de tiempo aquí:

  • Procesador cuántico IBM Hummingbird

    2020 – Colibrí (65 qubits). Liberado a Red IBM Q Miembros a principios de este mes, Hummingbird «presenta multiplexación de lectura 8: 1, lo que significa que combinamos ocho señales de lectura de qubit en una, reduciendo la cantidad total de cables y componentes necesarios para leer y mejorando nuestra capacidad de lectura. a escala mientras se conservan todas las características de alto rendimiento de la generación de procesadores Falcon «, dijo Gambetta.

  • 2021 – Águila (127 qubits). Eagle presenta varias actualizaciones para superar el hito de los 100 qubit: fundamentalmente, los TSV (a través de silicio) y el cableado de varios niveles brindan la capacidad de desplegar de manera efectiva una gran densidad de señales de control clásicas mientras se protegen los qubits en una capa para mantener tiempos de coherencia elevados.
  • 2022 – Águila pescadora (433 qubits). Los principios de diseño establecidos para los procesadores más pequeños de IBM «nos encaminaron hacia el lanzamiento de un sistema IBM Quantum Osprey de 433 qubit en 2022». Controles más eficientes y densos y una infraestructura criogénica garantizarán que el aumento de nuestros qubits individuales introduzca fuentes adicionales de ruido o ocupen una huella demasiado grande ”, dijo Gambetta.
  • 2023 – Cóndor (más de 1,000). «Vemos a Condor como un punto de inflexión, un hito que marca nuestra capacidad para implementar la corrección de errores y escalar nuestros dispositivos, mientras que al mismo tiempo es lo suficientemente complejo como para explorar posibles beneficios cuánticos, problemas que podemos resolver de manera más eficiente. en una computadora cuántica que en las mejores supercomputadoras del mundo «, dijo Gambetta.

El objetivo es, por supuesto, aprovechar toda esta tecnología. La comunidad cuántica ha perseguido la ventaja cuántica, el punto en el que para algunas aplicaciones una computadora cuántica funciona lo suficientemente mejor que una computadora clásica para justificar el movimiento. Si bien ese punto aún está muy lejos, se están mostrando avances. Un ejemplo es el trabajo reciente de Google, rival de IBM, sobre química cuántica (consulte el artículo de Calendae, La simulación de química cuántica de Google sugiere un camino prometedor a seguir).

Medir la calidad del rendimiento de las computadoras cuánticas para poder evaluar el progreso y poder hacer comparaciones entre varias computadoras cuánticas es otro desafío. IBM propuso el parámetro de referencia QV (Quantum Volume) que tiene varios atributos incorporados (tasas de error de puerta, tiempos de decoherencia, conectividad de qubit, eficiencia del software operativo y más). Hasta ahora, algunos otros fabricantes de sistemas cuánticos también están utilizando QV. Muchos qubits no son útiles si la calidad del rendimiento del sistema es baja.

IBM logró un QV de 64 a principios de este verano y dijo que podrá duplicar el QV de sus sistemas cada año.

Gambetta dijo: «El mayor desafío al que se enfrenta nuestro equipo hoy en día es descubrir cómo controlar grandes sistemas de estos qubits durante el tiempo suficiente y con poco error para ejecutar los circuitos cuánticos complejos requeridos por las futuras aplicaciones cuánticas.

Procesador cuántico Falcon de 27 qubit de IBM

«Mantenemos más de dos docenas de sistemas estables en IBM Cloud para que nuestros clientes y el público en general los experimenten, incluidos nuestros procesadores IBM Quantum Canary de 5 qubit y nuestros procesadores IBM Quantum Falcon de 27 qubit, en uno de los cuales ejecutamos Recientemente, un circuito cuántico lo suficientemente largo como para declarar un Volumen cuántico de 64. Este resultado no fue cuestión de construir más qubits; en su lugar, hemos incorporado mejoras en el compilador, refinado la calibración del puerto de dos qubits y publicado actualizaciones de lectura y manejo de ruido basadas en cambios de pulso de microondas. Detrás de esto se encuentra el hardware métrico de dispositivos líder en el mundo fabricado con procesos únicos para permitir un rendimiento confiable «.

Dado el mayor enfoque del gobierno (es decir, el gasto) en la computación cuántica y el rápido desarrollo de un ecosistema de computación cuántica más grande (herramientas de software, consultores, bancos de pruebas del DOE, et al), será interesante monitorear cómo IBM se comporta en contra de sus propios objetivos.

Enlace al blog de IBM: https://www.ibm.com/blogs/research/2020/09/ibm-quantum-roadmap/

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