IBM apresenta seus computadores quânticos mais avançados

Na semana passada, em sua primeira IBM Quantum Developer Conference, a IBM anunciou avanços de hardware e software quânticos para executar algoritmos complexos em computadores quânticos IBM com níveis recordes de escala, velocidade e precisão.

O IBM Quantum Heron, o processador quântico de maior desempenho da empresa até o momento e disponível nos Data Centers quânticos globais da IBM, agora pode aproveitar o Qiskit para executar com precisão certas classes de circuitos quânticos com até 5 mil operações de porta de dois qubits. Os usuários agora podem usar esses recursos para expandir as explorações de como os computadores quânticos podem lidar com problemas científicos em materiais, química, ciências da vida, física de alta energia e muito mais.

Isso continua a conquista de marcos no Roteiro de Desenvolvimento Quântico da IBM e avança ainda mais na era da utilidade quântica à medida que a IBM e seus parceiros progridem em direção à vantagem quântica e ao sistema avançado e corrigido de erros da IBM planejado para 2029.

As melhorias combinadas no IBM Heron e no Qiskit podem executar certos circuitos quânticos Ising espelhados de até 5 mil portas, o que é quase o dobro do número de portas executadas com precisão na demonstração de utilidade quântica da IBM em 2023. Este trabalho estende ainda mais o desempenho dos computadores quânticos da IBM além das capacidades dos métodos clássicos de simulação de força bruta. O experimento utilitário de 2023, publicado na Nature, demonstrou os resultados de velocidade em termos de tempo de processamento, por ponto de dados, que totalizou 112 horas. O mesmo experimento, usando os mesmos pontos de dados, foi executado no processador IBM Heron mais recente e pode ser concluído em 2,2 horas, o que é 50 vezes mais rápido.

A IBM evoluiu ainda mais o Qiskit para o software quântico de melhor desempenho do mundo para permitir que os desenvolvedores construam mais facilmente circuitos quânticos complexos com estabilidade, precisão e velocidade. Isso é evidenciado pelos resultados coletados e publicados no arXiv.org usando o Benchpress, uma ferramenta de benchmarking de código aberto que a IBM usou para medir o Qiskit em 1.000 testes, em grande parte de terceiros, e descobriu que é o kit de desenvolvimento de software quântico de melhor desempenho e mais confiável em relação a outras plataformas selecionadas.

“Os avanços em nosso hardware e no Qiskit estão permitindo que nossos usuários criem novos algoritmos nos quais recursos avançados de supercomputação quântica e clássica podem ser combinados para combinar seus respectivos pontos fortes”, disse Jay Gambetta, vice-presidente da IBM Quantum. “À medida que avançamos em nosso roteiro em direção a sistemas quânticos corrigidos por erros, os algoritmos descobertos hoje em todos os setores serão fundamentais para perceber o potencial de resolver novos problemas realizados por meio da convergência de QPUs, CPUs e GPUs”, completou.

Novas ferramentas de software 

A IBM Quantum Platform está expandindo ainda mais as opções com novos serviços Qiskit, como recursos baseados em IA generativa e software de parceiros da IBM, permitindo que uma rede crescente de especialistas em todos os setores construa algoritmos de última geração para pesquisa científica.

Isso inclui ferramentas como o Qiskit Transpiler Service para potencializar a otimização eficiente de circuitos quânticos para hardware quântico com IA; Qiskit Code Assistant para ajudar os desenvolvedores a gerar código quântico com modelos de IA generativa baseados no IBM Granite; Qiskit Serverless para executar abordagens iniciais de supercomputação centrada em quantum em sistemas quânticos e clássicos; e o IBM Qiskit Functions Catalog para disponibilizar serviços da IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL e Multiverse Computing para recursos como reduzir o gerenciamento de desempenho do ruído quântico, bem como abstrair as complexidades dos circuitos quânticos para simplificar o desenvolvimento de algoritmos quânticos.

“O algoritmo de mitigação de rede (TEM) de erro tensor da Algorithmiq, disponível por meio do IBM Qiskit Functions Catalog, oferece mitigação de erros de última geração para circuitos em escala de utilidade, aproveitando as etapas em direção a abordagens de supercomputação centradas em quântica, oferecendo o tempo de execução quântico mais rápido que já oferecemos aos usuários”, disse Matteo Rossi, CTO da Algorithmiq. “Com os recentes avanços que fizemos para combinar computadores quânticos com pós-processamento em GPUs, estamos ampliando os recursos do TEM para suportar circuitos com até 5 mil portas quânticas emaranhadas – um marco para dimensionar experimentos quânticos e resolver problemas complexos. Isso poderia abrir a porta para simulações quânticas e cálculos anteriormente limitados por limitações de ruído”, comentou.

Qiskit alimenta a integração quântica e clássica para o futuro da computação

Como a próxima evolução da computação de alto desempenho, a visão da IBM de supercomputação quântica centrada visa integrar computadores quânticos e clássicos avançados que executam cargas de trabalho paralelizadas para separar facilmente problemas complexos com software de alto desempenho, permitindo que cada arquitetura resolva partes de um algoritmo para o qual é mais adequado. Esse software está sendo projetado para unir problemas de forma contínua e rápida, permitindo a execução de algoritmos inacessíveis ou difíceis para cada paradigma de computação por conta própria.

O Riken, um instituto nacional de pesquisa científica no Japão, e a Cleveland Clinic, um importante centro médico acadêmico e instituição de pesquisa biomédica com um IBM Quantum System One no local e em escala de utilidade, estão explorando algoritmos para problemas de estrutura eletrônica que são fundamentais para a química.

Essas iniciativas representam os primeiros passos em direção a abordagens de supercomputação centradas em quantum para modelar de forma realista sistemas químicos e biológicos complexos, uma tarefa que historicamente se acredita exigir computadores quânticos tolerantes a falhas.

Os primeiros exemplos desses tipos de fluxos de trabalho são métodos baseados no processamento clássico paralelo de amostras individuais de computadores quânticos. Com base em técnicas anteriores, como o método QSCI da QunaSys, os pesquisadores da IBM e da RIKEN realizaram diagonalizações quânticas baseadas em amostras em ambientes de supercomputação centrados em quântica, que fazem uso de hardware quântico para modelar com precisão a estrutura eletrônica de sulfetos de ferro, um composto amplamente presente na natureza e em sistemas orgânicos.

Agora disponível como um serviço Qiskit implementável, essa mesma técnica está sendo aproveitada pela Cleveland Clinic para explorar como ela poderia ser usada para implementar simulações quânticas de interações não covalentes: ligações entre moléculas que são essenciais para muitos processos químicos, biológicos e farmacêuticos.