IBM planeja construir o primeiro computador quântico tolerante a falhas

A IBM revelou seu caminho para construir o primeiro computador quântico tolerante a falhas em larga escala do mundo, preparando o terreno para a computação quântica prática e escalável. Com previsão para ser entregue até 2029, o IBM Quantum Starling será construído em um novo IBM Quantum Data Center em Poughkeepsie, Nova York (EUA), e deverá realizar 20 mil vezes mais operações do que os computadores quânticos atuais. Para representar o estado computacional de um IBM Starling, seria necessária a memória de mais de um quindecilhão dos supercomputadores mais poderosos do mundo. Com o Starling, os usuários poderão explorar totalmente a complexidade de seus estados quânticos, que estão além das propriedades limitadas que podem ser acessadas pelos computadores quânticos atuais.

A IBM, que já opera uma grande frota global de computadores quânticos, está apresentando um novo Roteiro Quântico que descreve seus planos para construir um computador quântico prático e tolerante a falhas. “A IBM está traçando a próxima fronteira na computação quântica”, disse Arvind Krishna, presidente e CEO da IBM. “Nossa experiência em matemática, física e engenharia está abrindo caminho para um computador quântico tolerante a falhas em larga escala – que resolverá desafios do mundo real e abrirá imensas possibilidades de negócios”, completou.

Um computador quântico de grande escala e tolerante a falhas com centenas ou milhares de qubits lógicos poderia executar centenas de milhões a bilhões de operações, o que poderia acelerar a eficiência de tempo e custo em áreas como desenvolvimento de medicamentos, descoberta de materiais, química e otimização.

O Starling será capaz de acessar o poder computacional necessário para esses problemas executando 100 milhões de operações quânticas usando 200 qubits lógicos. Será a base para o IBM Quantum Blue Jay, que será capaz de executar 1 bilhão de operações quânticas em 2 mil qubits lógicos.

Um qubit lógico é uma unidade de um computador quântico com correção de erros encarregado de armazenar informações quânticas de um qubit. Ele é feito de vários qubits físicos trabalhando juntos para armazenar essas informações e monitorar uns aos outros em busca de erros.

Como os computadores clássicos, os computadores quânticos precisam ser corrigidos para executar grandes cargas de trabalho sem falhas. Para fazer isso, clusters de qubits físicos são usados para criar um número menor de qubits lógicos com taxas de erro mais baixas do que os qubits físicos subjacentes. As taxas de erro de qubit lógico são suprimidas exponencialmente com o tamanho do cluster, permitindo que eles executem um número maior de operações.

Criar um número crescente de qubits lógicos capazes de executar circuitos quânticos, com o mínimo possível de qubits físicos, é fundamental para a computação quântica em escala. Até hoje, um caminho claro para a construção de um sistema tolerante a falhas sem sobrecarga de engenharia irreal não foi publicado.

O caminho para a tolerância a falhas em larga escala

O sucesso da execução de uma arquitetura eficiente tolerante a falhas depende da escolha de seu código de correção de erros e de como o sistema é projetado e construído para permitir que esse código seja dimensionado.

Códigos alternativos e anteriores de correção de erros padrão-ouro apresentam desafios fundamentais de engenharia. Para escalar, eles exigiriam um número inviável de qubits físicos para criar qubits lógicos suficientes para realizar operações complexas – exigindo quantidades impraticáveis de infraestrutura e eletrônica de controle. Isso os torna improváveis de serem implementados além de experimentos e dispositivos de pequena escala.

Um computador quântico prático, em grande escala e tolerante a falhas requer uma arquitetura que seja:

– Tolerante a falhas para suprimir erros suficientes para que algoritmos úteis sejam bem-sucedidos.

– Capaz de preparar e medir qubits lógicos por meio de computação.

– Capaz de aplicar instruções universais a esses qubits lógicos.

– Capaz de decodificar medições de qubits lógicos em tempo real e pode alterar instruções subsequentes.

– Modular para escalar para centenas ou milhares de qubits lógicos para executar algoritmos mais complexos.

– Eficiente o suficiente para executar algoritmos significativos com recursos físicos realistas, como energia e infraestrutura.