IBM meluncurkan jalannya untuk membangun komputer kuantum berskala besar pertama di dunia, mengatur tahap untuk komputasi kuantum yang praktis dan terukur.
Disampaikan pada tahun 2029, IBM Quantum Starling akan dibangun di pusat data IBM Quantum baru di Poughkeepsie, New York dan diharapkan melakukan operasi 20.000 kali lebih banyak daripada komputer kuantum saat ini.
Untuk mewakili keadaan IBM Starling akan membutuhkan memori lebih dari satu quindecillion (10^48) dari superkomputer paling kuat di dunia.
Dengan Starling, pengguna akan dapat sepenuhnya mengeksplorasi kompleksitas status kuantumnya, yang berada di luar sifat terbatas yang dapat diakses oleh komputer kuantum saat ini.
IBM, yang sudah mengoperasikan armada besar komputer kuantum global, merilis peta jalan pengembangan kuantum baru yang menguraikan rencana yang layak dan pasti untuk membangun komputer kuantum yang tahan terhadap kesalahan.
“IBM memetakan perbatasan berikutnya dalam komputasi kuantum,” kata Arvind Krishna, ketua dan CEO IBM, dalam sebuah pernyataan. “Keahlian kami di seluruh matematika, fisika, dan teknik adalah membuka jalan bagi komputer kuantum berskala besar-toleran-salah satu yang akan menyelesaikan tantangan dunia nyata dan membuka kemungkinan besar untuk bisnis.”
Komputer kuantum berskala besar, toleran terhadap ratusan atau ribuan qubit logis dapat berjalan ratusan juta untuk miliaran operasi, yang dapat mempercepat waktu dan efisiensi biaya di bidang seperti pengembangan obat, penemuan bahan, kimia, dan optimasi.
Starling akan dapat mengakses daya komputasi yang diperlukan untuk masalah ini dengan menjalankan 100 juta operasi kuantum menggunakan 200 qubit logis. Ini akan menjadi dasar untuk IBM Blue Jay, yang akan mampu mengeksekusi 1 miliar operasi kuantum lebih dari 2.000 qubit logis.
Qubit logis adalah unit komputer kuantum yang dikoreksi kesalahan yang ditugaskan untuk menyimpan informasi kuantum satu qubit. Ini dapat dibuat dari beberapa qubit fisik yang bekerja bersama untuk menyimpan informasi ini dan memantau satu sama lain untuk kesalahan.
Seperti komputer klasik, komputer kuantum harus dikoreksi kesalahan untuk menjalankan beban kerja besar tanpa kesalahan. Untuk melakukannya, kelompok qubit fisik digunakan untuk membuat jumlah qubit logis yang lebih kecil dengan tingkat kesalahan yang lebih rendah daripada qubit fisik yang mendasarinya. Laju kesalahan qubit logis ditekan secara eksponensial dengan ukuran cluster, memungkinkan mereka untuk menjalankan jumlah operasi yang lebih besar.
Membuat peningkatan jumlah qubit logis yang mampu menjalankan sirkuit kuantum, dengan sesedikit mungkin qubit fisik, sangat penting untuk komputasi kuantum pada skala. Sampai hari ini, jalan yang jelas untuk membangun sistem yang toleran terhadap kesalahan tanpa overhead teknik yang tidak realistis belum diterbitkan.
Jalan menuju toleransi kesalahan skala besar
Keberhasilan melaksanakan arsitektur toleran kesalahan yang efisien bergantung pada pilihan kode yang mengoreksi kesalahan, dan bagaimana sistem dirancang dan dibangun untuk memungkinkan kode ini skala, kata IBM.
Alternatif dan kode pengoreksi kesalahan standar emas sebelumnya menghadirkan tantangan rekayasa mendasar. Untuk skala, mereka akan membutuhkan jumlah qubit fisik yang tidak layak untuk membuat qubit logis yang cukup untuk melakukan operasi yang kompleks – memerlukan jumlah infrastruktur dan kontrol elektronik yang tidak praktis. Ini membuat mereka tidak mungkin dapat diimplementasikan di luar eksperimen dan perangkat skala kecil, kata IBM.
Komputer kuantum berskala besar, toleran terhadap kesalahan membutuhkan arsitektur yaitu:
- Toleransi kesalahan untuk menekan kesalahan yang cukup untuk algoritma yang berguna untuk berhasil.
- Dapat mempersiapkan dan mengukur qubit logis melalui perhitungan.
- Mampu menerapkan instruksi universal pada qubit logis ini.
- Dapat memecahkan kode pengukuran dari qubit logis secara real-time dan dapat mengubah
instruksi selanjutnya. - Modular untuk skala hingga ratusan atau ribuan qubit logis untuk berjalan lebih kompleks
algoritma. - Cukup efisien untuk menjalankan algoritma yang bermakna dengan sumber daya fisik yang realistis,
seperti energi dan infrastruktur.
Hari ini, IBM memperkenalkan dua makalah teknis baru yang merinci bagaimana ia akan menyelesaikan kriteria yang tersisa untuk membangun arsitektur berskala besar dan toleran.
Satu makalah mengungkap bagaimana sistem tersebut akan memproses instruksi dan menjalankan operasi secara efektif dengan kode QLDPC. Karya ini dibangun berdasarkan pendekatan inovatif untuk koreksi kesalahan yang ditampilkan pada sampul alam yang memperkenalkan kode pemeriksaan paritas rendah kuantum (QLDPC). Kode ini secara drastis mengurangi jumlah qubit fisik yang diperlukan untuk koreksi kesalahan dan pemotongan yang diperlukan overhead sekitar 90 persen, dibandingkan dengan kode utama lainnya. Selain itu, ini menjabarkan sumber daya yang diperlukan untuk menjalankan program kuantum skala besar dengan andal untuk membuktikan efisiensi arsitektur semacam itu atas yang lain.
Makalah kedua menjelaskan cara memecahkan kode informasi secara efisien dari qubit fisik, dan memetakan jalur untuk mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan secara real-time dengan sumber daya komputasi konvensional.
Dari peta jalan ke kenyataan
IBM Quantum Roadmap yang baru menguraikan tonggak teknologi utama yang akan menunjukkan dan melaksanakan kriteria untuk toleransi kesalahan. Setiap prosesor baru dalam peta jalan mengatasi tantangan spesifik untuk membangun sistem kuantum yang modular, dapat diskalakan, dan dikoreksi kesalahan.
IBM Quantum Loon, yang diharapkan pada tahun 2025, dirancang untuk menguji komponen arsitektur untuk kode QLDPC, termasuk “c-couplers” yang menghubungkan qubit pada jarak yang lebih jauh dalam chip yang sama.
IBM Quantum Kookaburra, yang diharapkan pada tahun 2026, akan menjadi prosesor modular pertama IBM yang dirancang untuk menyimpan dan memproses informasi yang disandikan. Ini akan menggabungkan memori kuantum dengan operasi logika-blok bangunan dasar untuk meningkatkan sistem toleran kesalahan di luar satu chip.
IBM Quantum Cockatoo, yang diharapkan pada tahun 2027, akan melibatkan dua modul Kookaburra menggunakan “L-Couplers.” Arsitektur ini akan menghubungkan chip kuantum bersama -sama seperti node dalam sistem yang lebih besar, menghindari kebutuhan untuk membangun chip besar yang tidak praktis.
Bersama -sama, kemajuan ini dirancang untuk berujung pada Starling pada tahun 2029.
