Il supercalcolo quantistico è un'era del calcolo ad alte prestazioni completamente nuova e finora non realizzata.
Un sistema da 100,000 qubit servirebbe come base per affrontare alcuni dei problemi più urgenti del mondo che persino i supercomputer più avanzati di oggi potrebbero non essere mai in grado di risolvere.
Ad esempio, un sistema quantistico così potente potrebbe sbloccare una comprensione completamente nuova delle reazioni chimiche e delle dinamiche dei processi molecolari.
A sua volta, ciò potrebbe consentire ai ricercatori di aiutare a studiare il cambiamento climatico modellando metodi migliori per catturare il carbonio; scoprire materiali per costruire batterie per veicoli elettrici e reti energetiche verso l'obiettivo di essere più puliti e più sostenibili; e scoprire fertilizzanti più efficaci ed efficienti dal punto di vista energetico.
Per inaugurare questo potente nuovo paradigma, è stata avviata una collaborazione globale e l'attivazione di talenti e risorse tra industrie e istituti di ricerca. Grazie alla collaborazione con il University of Chicago, le Università di Tokyo, e il più ampio ecosistema globale di IBM, IBM lavorerà nel prossimo decennio per far progredire le tecnologie alla base di questo sistema, nonché per progettare e costruire i componenti necessari su larga scala.
Un rendering visivo del supercomputer incentrato sui quanti da 100,000 qubit di IBM Quantum, che dovrebbe essere implementato entro il 2033. (Credito: IBM)
Andando avanti, IBM intende espandere queste partnership per includere l'Argonne National Laboratory e il Fermilab National Accelerator Laboratory, entrambi membri del Chicago Quantum Exchange e sede di due rispettivi hub quantistici del Dipartimento dell'Energia.
È importante sottolineare che i due laboratori offrono capacità e competenze che possono facilitare la fornitura delle tecnologie previste nella corsa alla costruzione di un supercomputer incentrato sui quanti.
“Negli ultimi anni, IBM è stata in prima linea nell’introduzione del quantum la tecnologia al mondo”, ha detto Arvind Krishna, Presidente e CEO, IBM. “Abbiamo raggiunto progressi significativi lungo la nostra tabella di marcia e la nostra missione per stabilire a livello globale una tecnologia quantistica utile, tanto che ora possiamo, con i nostri partner, iniziare davvero a esplorare e sviluppare una nuova classe di supercalcolo ancorata al quantismo”.
"Raggiungere scoperte su larga scala nella tecnologia quantistica richiede una collaborazione profondamente radicata e produttiva in tutto il mondo e attraverso un'ampia gamma di partner industriali, accademici e governativi", ha affermato Paolo Alivisatos, Presidente della University of Chicago. “La scienza e la tecnologia dell'informazione quantistica si trovano a un bivio in cui la scoperta fondamentale e l'innovazione tecnica si uniranno per creare vere scoperte. IL University of Chicago è entusiasta di collaborare a questa impresa”.
“Prevediamo che la nostra partnership porterà a scoperte scientifiche, accelerazione dell'adozione del calcolo quantistico per la prossima era e impegno attivo nelle sfide sociali critiche dell'umanità. Miriamo anche a contribuire alla realizzazione di una società futura migliore coltivando talenti diversi ", ha affermato il dott. Teruo Fujii, il Presidente della Università di Tokyo.
I piani per questo supercomputer quantistico dovrebbero coinvolgere innovazioni a tutti i livelli dello stack informatico e comprendere la convergenza dei campi del calcolo quantistico e della comunicazione quantistica, nonché la perfetta integrazione dei flussi di lavoro quantistici e classici tramite il cloud ibrido .
Poiché un computer di questo tipo non è mai stato realizzato prima, il primo passo sarà stendere un progetto. Il progetto dovrà integrare computer classici e computer quantistici - un compito impegnativo fino ad oggi - oltre a aprire nuovi orizzonti nella comunicazione quantistica e nella tecnologia informatica.
La base di questo sistema includerà le pietre miliari che IBM ha già delineato nella sua Quantum Development Roadmap. Ciò include la capacità di ridimensionare e connettere un numero crescente di processori quantistici attraverso interconnessioni quantistiche, nonché la tecnologia per mitigare gli errori per sfruttare appieno processori quantistici rumorosi ma potenti.
Entro la fine del 2023, IBM intende presentare tre capisaldi della sua architettura necessaria per i supercomputer quantistici. Uno è il nuovo processore "IBM Heron" da 133 qubit. Questo processore è una riprogettazione completa delle precedenti generazioni di processori quantistici di IBM, con un nuovo gate a due qubit per consentire prestazioni più elevate. Sarà inoltre compatibile con future estensioni per consentire ai processori modulari connessi di aumentare le dimensioni del computer.
Il secondo è l'introduzione di IBM Quantum System Two. Il nuovo sistema di punta è progettato per essere modulare e flessibile per introdurre elementi di scalabilità nei suoi componenti sottostanti, tra cui l'elettronica di controllo classica e l'infrastruttura di cablaggio criogenico ad alta densità. Questo sistema dovrebbe essere online entro la fine del 2023.
Il terzo è l'introduzione del middleware per il quantum, un insieme di strumenti per eseguire carichi di lavoro su processori sia classici che quantistici. Ciò include strumenti per la scomposizione, l'esecuzione parallela e la ricostruzione dei carichi di lavoro per consentire soluzioni efficienti su larga scala.
Nel prossimo decennio, IBM prevede di collaborare con i partner universitari e il suo ecosistema quantistico mondiale per evolvere il modo in cui i suoi processori quantistici possono essere collegati tramite interconnessioni quantistiche. Questo lavoro mirerà a consentire operazioni quantistiche tra processori ad alta efficienza e alta fedeltà e un'infrastruttura di componenti di sistema affidabile, flessibile e conveniente per consentire il ridimensionamento a 100,000 qubit.
La collaborazione di IBM con il University of Chicago costruirà sul Chicago punti di forza di area nella ricerca quantistica. IL University of Chicago ha seminato l'ecosistema quantistico della regione più di un decennio fa con la decisione di fare della tecnologia quantistica un punto focale di quella che oggi è la Pritzker School of Molecular Engineering. Chicago è senza dubbio diventato uno dei principali hub globali per la ricerca nella tecnologia quantistica e sede di una delle più grandi reti quantistiche del paese.
Gli scienziati del University of Chicago- con sede a Chicago Quantum Exchange, che comprende l'Argonne National Laboratory e il Fermilab National Accelerator Laboratory, quattro università, più di 40 partner industriali e ricercatori di altre istituzioni accademiche di livello mondiale nella regione continueranno ad espandere la comprensione e l'utilizzo della tecnologia quantistica.
In collaborazione con IBM, i ricercatori del Università di Tokyo hanno portato avanti argomenti come l'analisi dettagliata del rumore all'interno dei processori quantistici, lo sviluppo di un calcolo efficiente per l'intelligenza artificiale quantistica e la simulazione della chimica quantistica con calcoli ibridi quantistici classici.
Per ulteriori informazioni sul percorso verso un supercomputer incentrato sui quanti da 100,000 qubit, leggi il blog di IBM Research.
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