Resumo:
A IBM lançou recentemente o processador quântico de nova geração Nighthawk r3 e anunciou seu futuro plano de desenvolvimento de computação quântica. Este novo processador foi projetado para executar até 10.000 operações quânticas, lidando com tarefas de computação mais complexas em grande escala, mantendo a qualidade e a velocidade operacionais, marcando um passo importante em direção ao objetivo da IBM de computação quântica tolerante a falhas.
De acordo com informações divulgadas pela IBM, o Nighthawk r3 será equipado com 520 qubits programáveis e 2.034 componentes quânticos físicos, com o objetivo de executar de forma estável 10.000 operações quânticas em um único processador. Ao mesmo tempo, a IBM também planeja conectar dois processadores Nighthawk r3 em um sistema unificado em 2027 para construir uma plataforma de computação quântica com mais de 1.000 qubits.
Jay Gambetta, chefe da IBM Research, disse que a computação quântica verdadeiramente valiosa requer não apenas precisão, mas também velocidade. À medida que a escala dos sistemas quânticos continua a expandir-se, a computação quântica só pode resolver problemas práticos do mundo real se tiver em conta tanto a qualidade computacional como a eficiência do processamento.
O Nighthawk r3 lançado desta vez é baseado no Nighthawk r2 lançado em setembro deste ano. O processador r2 anterior foi capaz de realizar mais de 7.500 operações quânticas em 120 qubits e atingir capacidades de processamento de até 100.000 amostras por segundo. A IBM acredita que esta plataforma provou que a computação quântica começou a ter potencial para resolver problemas reais da indústria.
Qubits são as unidades básicas de informação dos computadores quânticos, semelhantes aos “bits” dos computadores tradicionais. Mas, ao contrário dos bits tradicionais, que só podem representar 0 ou 1, os qubits podem estar num estado de superposição de 0 e 1 ao mesmo tempo, permitindo que os computadores quânticos processem tarefas de computação extremamente complexas em paralelo. Esta é uma das razões pelas quais a computação quântica é considerada uma ferramenta importante para resolver problemas em ciência de materiais, simulação química, desenvolvimento e otimização de medicamentos no futuro.
Uma das inovações mais importantes do Nighthawk r2 é a introdução de uma arquitetura de redefinição de qubit de alta velocidade. No processo de computação quântica tradicional, após cada operação, os qubits devem retornar ao estado fundamental antes de iniciar a próxima rodada de cálculos, e esse processo pode levar centenas de milissegundos, fazendo com que o processador passe a maior parte do tempo em estado de espera.
A nova tecnologia desenvolvida pela IBM reduziu bastante esse processo de espera. Segundo relatos, o tempo de reinicialização do qubit foi comprimido de cerca de 200 milissegundos para cerca de 25 nanossegundos sem perturbar a operação dos qubits circundantes. Isto permite que os sistemas quânticos realizem cálculos com mais frequência, melhorando significativamente a eficiência geral.
Com base nessas conquistas técnicas, a IBM planeja estender a mesma arquitetura para o Nighthawk r3 e aprimorar ainda mais a escala do sistema e o poder computacional. A empresa acredita que as aplicações futuras precisarão realizar milhares ou até dezenas de milhares de operações quânticas em centenas de qubits e gerar milhões ou até bilhões de amostras de cálculo ao mesmo tempo, portanto, velocidade e escala são indispensáveis.
Para atingir a meta de mais de 1.000 qubits, a IBM também demonstrou o mais recente progresso na tecnologia de interconexão multichip. No início deste ano, a equipe de pesquisa usou com sucesso quatro acopladores quânticos de longa distância para conectar dois processadores Nighthawk r1. Essas estruturas de interconexão quântica atuam como “pontes de alta velocidade” entre computadores quânticos, permitindo que vários processadores trabalhem juntos.
Dados experimentais mostram que essa conexão quântica de longa distância atingiu 99,4% de fidelidade na transmissão de informações, aproximando-se gradativamente da meta de 99,9% estabelecida pela IBM. Assim que a tecnologia relevante amadurecer, vários processadores quânticos serão capazes de formar um sistema quântico unificado em maior escala, rompendo assim o limite de escala de chip único.
A IBM também revelou que vários parceiros e clientes, incluindo E.ON, Algorithmiq e Q-CTRL, estão atualmente executando mais de 34 bilhões de circuitos quânticos na plataforma Nighthawk r2. Em alguns cenários de aplicação, o desempenho do sistema foi melhorado em até 19 vezes em comparação com a plataforma quântica anterior da IBM.
Em termos de aplicações práticas, a empresa de energia E.ON usa o Nighthawk r2 para conduzir pesquisas de aprendizado de máquina quântica relacionadas à otimização da rede, alcançando uma melhoria de desempenho de aproximadamente 15 vezes. O experimento de simulação de materiais magnéticos realizado pela IBM em cooperação com o Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, também alcançou uma aceleração de desempenho aproximadamente 12 vezes maior. Esses resultados indicam que a computação quântica está gradualmente passando da pesquisa laboratorial para aplicações industriais práticas.
Os analistas acreditam que o lançamento do Nighthawk r3 não é apenas uma atualização adicional no desempenho do hardware quântico da IBM, mas, mais importante, demonstra um caminho de desenvolvimento de centenas de qubits para um sistema de nível de mil qubits. À medida que as arquiteturas de reinicialização de alta velocidade, as interconexões quânticas multichip e as tecnologias tolerantes a falhas continuam a amadurecer, a computação quântica está cada vez mais perto de resolver problemas científicos e industriais complexos no mundo real.
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