IBM apresenta processador quântico de 127 qubits

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A IBM anunciou o processador 'Eagle' de 127 qubits (bits quânticos). O processador é um grande avanço para aproveitar o enorme potencial de computação dos dispositivos baseados na física quântica. No desenvolvimento de hardware, ele marca o ponto em que os circuitos quânticos não podem ser simulados de maneira confiável e exata num computador clássico. A IBM também antecipou planos para o IBM Quantum System Two, a próxima geração de sistemas quânticos.

A computação quântica aproveita a natureza quântica fundamental da matéria em níveis subatômicos para oferecer a possibilidade de uma potência computacional enormemente aumentada. A unidade computacional fundamental da computação quântica é o circuito quântico, uma combinação de qubits em portas e medidas quânticas. Quanto mais qubits um processador quântico tiver, mais complexos e valiosos serão os circuitos quânticos que ele pode executar.

A IBM recentemente apresentou os roadmaps para a computação quântica, incluindo uma jornada para escalar o hardware quântico a fim de permitir que os circuitos quânticos complexos alcancem a Vantagem Quântica, isto é, o ponto no qual os sistemas quânticos podem superar significativamente seus contrapontos clássicos. 'Eagle' é o último passo nessa jornada de escalabilidade.

A fabricante mede o progresso no hardware de computação quântica através de três atributos de desempenho: escala, qualidade e velocidade. A escala é medida pelo número de qubits em um processador quântico e determina o quão grande é o circuito quântico que pode ser executado. A qualidade é medida pelo Volume Quântico e descreve com que precisão os circuitos quânticos funcionam em um dispositivo quântico real. A velocidade é medida por CLOPS (Circuit Layer Operations Per Second), uma métrica que a IBM introduziu em novembro de 2021 e que identifica a viabilidade de executar cálculos reais compostos de um grande número de circuitos quânticos.

'Eagle' é o primeiro processador quântico IBM desenvolvido e implementado para conter mais de 100 qubits operacionais e conectados. Ele segue o processador 'Hummingbird' de 65 qubit da IBM, lançado em 2020, e o processador 'Falcon' de 27 qubit, anunciado em 2019. Para alcançar esse avanço, os pesquisadores da IBM desenvolveram inovações pioneiras em seus processadores quânticos existentes, como um desenho de combinação de qubit para reduzir erros e uma arquitetura para diminuir o número de componentes necessários. As novas técnicas usadas em Eagle colocam a fiação de controle em vários níveis físicos dentro do processador enquanto mantém os qubits em uma única camada, permitindo um aumento significativo nos qubits.

O aumento de Qubits vai permitir que os usuários explorem problemas em um novo nível de complexidade ao conduzir experimentos e executar aplicativos, como otimizar o aprendizado de máquina ou modelar novas moléculas e materiais para uso em áreas que vão desde a indústria de energia até o processo de descoberta de fármacos. 'Eagle' é o primeiro processador quântico da IBM cuja escala torna impossível a simulação confiável em um computador clássico. Na verdade, o número de bits clássicos necessários para representar um estado no processador de 127 qubit excede o total de átomos em mais de 7,5 bilhões de pessoas no mundo.

"A chegada do processador 'Eagle' é um grande passo em direção ao dia em que os computadores quânticos poderão superar os computadores clássicos em aplicações úteis", declarou o Dr. Darío Gil, Vice-presidente Sênior da IBM e Diretor de Research. "A computação quântica tem o poder de transformar quase todos os setores e nos ajudar a enfrentar os maiores problemas de nosso tempo. É por isso que a IBM continua inovando rapidamente no design de hardware e software quânticos, gerando maneiras para que as cargas de trabalho quânticas e clássicas se fortaleçam mutuamente e criem um ecossistema global que é fundamental para o crescimento de uma indústria quântica."
O primeiro processador 'Eagle' está disponível como um dispositivo exploratório na IBM Cloud para um grupo selecionado de membros da IBM Quantum Network.
Para uma descrição mais técnica do processador 'Eagle', leia este blog.

Em 2019, a IBM apresentou o IBM Quantum System One, primeiro sistema de computação quântica integrado do mundo. Desde então, a empresa implementou, nos Estados Unidos, esses sistemas como a fundação de seus serviços IBM Quantum baseados na nuvem, bem como na Fraunhofer-Gesellschaft, a principal instituição de pesquisa científica na Alemanha, na Universidade de Tóquio no Japão e um futuro sistema na Clínica de Cleveland, nos Estados Unidos. Além disso, hoje é anunciada uma nova parceria com a Universidade de Yonsei em Seul, na Coreia do Sul, para implementar o primeiro sistema quântico no país.

À medida que a IBM continua escalando seus processadores, espera-se que eles amadureçam além da infraestrutura do IBM Quantum System One. Por isso, a companhia está entusiasmada em apresentar um conceito para o futuro dos sistemas de computação quântica: IBM Quantum System Two, desenhado para trabalhar com os próximos processadores IBM de 433 qubits e 1.121 qubits.

"O IBM Quantum System Two oferece um olhar pelo futuro centro de dados de computação quântica, em que a modularidade e a flexibilidade da infraestrutura do sistema serão chaves para o escalonamento contínuo", disse o Dr. Jay Gambetta, IBM Fellow e VP de Quantum Computing. "System Two é baseado no longo legado da IBM na computação quântica e na clássica, trazendo novas inovações em todos os níveis do stack tecnológico".

O conceito de modularidade é fundamental no IBM Quantum System Two. À medida que a IBM avança em seu roadmap de hardware e constrói processadores com contagens maiores de qubits, é vital que o hardware de controle tenha flexibilidade e recursos necessários para escalar. Esses recursos incluem a eletrônica de controle, que permite aos usuários manipularem os qubits, e o resfriamento criogênico, que mantém os qubits a uma temperatura suficientemente baixa para que suas propriedades quânticas se manifestem.

O desenho do IBM Quantum System Two vai incorporar uma nova geração de eletrônica de controle de qubits escalável, junto com componentes criogênicos e fiação de alta densidade. Além disso, o IBM Quantum System Two introduz uma nova plataforma criogênica, desenhada em conjunto com Bluefors, apresentando um design estrutural novo e inovador para maximizar o espaço para o suporte de hardware requerido pelos processadores maiores enquanto assegura que os engenheiros possam acessar facilmente o hardware e realizar a manutenção.

Além disso, o novo desenho fornece a possibilidade de proporcionar maior espaço de trabalho criogênico compartilhado, o que, em última instância, leva à potencial vinculação de múltiplos processadores quânticos. Espera-se que o protótipo do IBM Quantum System Two esteja em funcionamento em 2023.

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