IBM'in Nighthawk r3'ü hata toleransına giden yolda 520 kübit üzerinde 10.000 kuantum işlemi hedefliyor

IBM, Nighthawk r3 ile 10.000 kuantum işlemi hedefliyor

IBM, şirketin 520 programlanabilir kübit üzerinde 10.000 kuantum işlemi doğru şekilde gerçekleştirecek şekilde tasarlanacağını söylediği bir sonraki kuantum işlemcisi Nighthawk r3 için planlarını duyurdu. Çip toplamda 2.034 fiziksel kübit taşıyacak, günümüz Nighthawk donanımının kare örgü yerleşimini koruyacak ve ayrı işlemcileri daha büyük makinelere birleştirmek için tasarlanmış, l-coupler adı verilen on çipler arası bağlantı ekleyecek. IBM, 2027'de iki r3 çipini tek bir 1.040 kübitli sistemde eşleştirmeyi planlıyor.

11 Kasım tarihli ve IBM'in Yorktown Heights araştırma merkezinden yapılan duyuru, yeni işlemciyi şirketin hata toleranslı kuantum bilişime giden yolundaki bir sonraki adım olarak konumlandırıyor.

IBM'e göre faydalılık artık ölçek kadar hıza da bağlı. Bir kuantum bilgisayar yanıtları örnekler halinde verdiği için — devrenin her çalıştırılması tek bir sonuç döndürür — talepkâr uygulamalar, kabaca 100 veya daha fazla kübit üzerinde binlerce işlem içeren devrelerin milyonlarca ya da milyarlarca kez tekrarlanmasını gerektiriyor. "Faydalı kuantum bilişim, sonuçların doğrulukla ve hızla teslim edilip edilemeyeceğine bağlı; ikisi de temel unsurlar," dedi IBM Research direktörü ve IBM Fellow Jay Gambetta.

Nighthawk r2 hız kazancını gösteriyor

r3 için gerekçe, mevcut nesilden gelen sonuçlara dayanıyor. Eylülde tanıtılan Nighthawk r2, saniyede 100.000 örneğe kadar çıkabiliyor ve devre çalıştırmaları arasındaki bekleme süresini kısaltan hızlı kübit sıfırlama teknolojisinin de yardımıyla, 120 kübit üzerinde 7.500'den fazla kuantum işlemi içeren doğru hesaplamaları destekliyor.

E.ON, Algorithmiq ve Q-CTRL dahil müşteri ve ortaklar, işlemcide 34 milyardan fazla devre çalıştırdı ve önceki IBM kuantum çiplerine kıyasla 19 kata kadar performans artışı bildirdi. E.ON, enerji şebekesi optimizasyonu için kuantum makine öğrenmesi çalışmalarında 15 kat hızlanma gördüğünü söylerken, IBM, ilk olarak Oak Ridge National Laboratory ile yürütülen bir manyetik malzeme simülasyonunu yeniden çalıştırırken 12 kat hızlanma bildirdi; sonuçlar nötron saçılması deneyleriyle tutarlıydı. Her iki karşılaştırma da önceki Heron nesline karşı yapıldı.

Heterojen bir kuantum malzemeyi simüle eden bir Algorithmiq deneyi de r2'ye taşındı ve devreleri orijinal Heron sürümünden sekiz kat daha hızlı çalıştırdı. IBM, yeni devrelerin karşılaştırılabilir doğrulukta önde gelen tensor-network yöntemleriyle klasik olarak simüle edilmesi için kabaca 240 kat daha fazla bellek gerektireceğini tahmin ediyor.

L-coupler'lar ve kriyojenikler modüler ölçeklemeye işaret ediyor

IBM'in çipleri daha büyük sistemlerde birleştirebileceğine dair güvenini iki gösteri destekliyor. Şirket yılın başlarında Nighthawk r1 işlemcilerini dört l-coupler kullanarak bağladı ve yüzde 99,3 kuantum durum aktarımı doğruluğu (fidelity) elde etti — açıklanan yüzde 99,9 hedefine doğru bir ilerleme. Şirket ayrıca ilk kez iki kriyojenik modülü tek bir sistemde birleştirdi, beş günden kısa sürede çalışma sıcaklığına ulaştı ve 15 milikelvinin altına soğuttu.

Kuantum ve klasik bilişim tek platformda birleşti

İşlemci haberinin yanı sıra IBM, IBM Quantum Platform'u kuantum ve yüksek performanslı klasik bilişimi tek bir yönetilen ortamda birleştirecek şekilde yeniledi; bu, hata düzeltme, hata azaltma ve son işlemelerin tümünün yoğun biçimde klasik kaynaklara dayanması gerçeğini yansıtıyor.

İlk kullanıcılar bu düzenekten kazanım bildiriyor. IBM ve RIKEN bilim insanları, örnek temelli kuantum diyagonalizasyon iş akışlarını orijinal çalışmaya kıyasla 100 kat daha fazla hesaplama yaparken yaklaşık beş kat daha hızlı çalıştırdı; Cleveland Clinic ve RIKEN ise biyolojik olarak ilgili yapıları modellemek için platformun otomasyonunu kullanarak 608 milyon örneği, olmadığından 33 kat daha hızlı işledi.

Ayrıca IBM, Oak Ridge National Laboratory ve AMD ile Nighthawk'ı AMD Instinct MI355X GPU'lar ve 5. nesil EPYC CPU'lar üzerine kurulu ORNL'nin Umbra HPC sistemiyle fiziksel olarak aynı konumda buluşturan bir kuantum hata düzeltme eş-tasarım platformu başlattı.

Neden önemli

r3 spesifikasyonu, kuantum ilerlemesinin nasıl ölçüldüğünde bir değişime işaret ediyor. Tek başına kübit sayıları artık durumu anlatmıyor; bir çipin doğru şekilde gerçekleştirebileceği kuantum işlem sayısı ve örnek üretme hızı, sektörle ilgili iş yüklerinin pratik sürede ve makul maliyetle tamamlanıp tamamlanmayacağını belirliyor. IBM'in bahsi, giderek büyüyen tek parça çipler yerine l-coupler'lar aracılığıyla modüler bağlamanın, yüzlerce kübitten hata toleransının nihayetinde talep edeceği makinelere giden uygulanabilir yol olduğu yönünde.

Uyarılar da var: r3 bir tasarım hedefi, pazara sunulan bir işlemci değil; gösterilen yüzde 99,3 bağlantı doğruluğu hâlâ yüzde 99,9 hedefinin altında ve 1.040 kübitli sistem de şimdilik 2027 planı olarak duruyor. Yine de r2'nin ölçülen hız kazançları daha büyük çipe taşınırsa, 10.000 işlem kilometre taşı, daha büyük ve klasik olarak zor hesaplamaları pratik erişim içine sokacak.