Kvantumhasznosságról akkor beszélhetünk, ha egy kvantumszámítógép képes megbízható számításokat végezni olyan léptékben, amely meghaladja a nyers erővel működő - és a számítási problémákra pontos megoldásokat adó - klasszikus számítási módszereket. A múlt év végén, decemberben New Yorkban megtartott IBM Quantum Summit konferenciáján a gyártó bemutatta az ilyen, szolgáltatásra érett, közmű kategóriájú (utility-scale) processzorsorozatának első tagját, az IBM Quantum Heron processzort, amelynek architektúrája négy év fejlesztőmunka eredményeként az eddigi legnagyobb teljesítményt és legalacsonyabb hibarátát biztosítja.
Ugyancsak a konferencián mutatkozott be az IBM Quantum System Two, a gyártó első, moduláris kvantumszámítógépe, az IBM kvantumcentrikus szuperszámítógép-architektúrájának sarokköve. A Quantum System Two első példánya a New York állambeli Yorktown városában lépett üzembe, és a támogató vezérlőelektronika mellett három IBM Heron processzort tartalmaz. A 4,5 méter magas kvantumszámítógép szinte teljes vákuumban, a mélyűrben tapasztalhatónál is alacsonyabb hőmérsékleten működik.
IBM Quantum System Two: a gyártó első moduláris kvantumszámítógépe - Fotók: Ryan Lavine az IBM számára
Az idei év végére a három Heron processzor mindegyike 5 ezer műveletet fog végrehajtani egyetlen kvantumáramkörben, ami önmagában figyelemre méltó teljesítmény. A kvantumáramkör olyan számítási rutin, amely kvantumadatokon, például qubiteken végzett koherens kvantumműveletekből áll. A Quantum System Two igazi erejét azonban moduláris felépítése adja, amely lehetővé teszi a következő 5 évben megjelenő, mind nagyobb teljesítményű és hibatűrésű kvantumprocesszorokat tartalmazó gépek összekapcsolását, így az IBM - szintén a konferencián ismertetett, kibővített - fejlesztési ütemterve szerint a számítógép 2029-ben már 100 millió műveletet fog futtatni egyetlen kvantumáramkörön belül, 2033-ra pedig ez a szám eléri az 1 milliárdot, és a kvantumcentrikus szuperszámítógépek kibontják a technológia teljes potenciálját.
Kvantumközmű kutatáshoz
Tavaly júniusban a Nature tudományos folyóiratban jelent meg a mérföldkőnek számító tanulmány (Evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance), amelyben az IBM Quantum és a Berkeley Egyetem kutatói a kvantumhasznosság elérését bizonyították. A számítástudományi és más kutatók így már a kvantumszámítógépeket is használhatják olyan nagyméretű számítási problémák megoldására, amelyek korábban csak a klasszikus közelítő módszerek számára voltak elérhetők - méghozzá jellemzően olyan problémaspecifikus közelítő módszerek számára, amelyeket gondosan az adott probléma egyedi struktúráira szabtak.
Óriási mérföldkő ez a terület történetében, mivel a közelmúltig minden kvantumszámítógép kis, kísérleti eszköz volt csupán, amelyet elsősorban a kvantumszámítás tanulmányozására használtak, mutatott rá az IBM. A kvantumhasznosság korszakába lépünk, ami azt jelenti, hogy a ma rendelkezésünkre álló kvantumszámítógépek már értékes, hasznos eszközök, azokat a kutatók értelmes tudományos problémák megoldására használhatják.
- Határozottan abban a korszakban járunk, amelyben a kvantumszámítógépeket eszközként használhatjuk a tudomány új határainak feltárására - mondta a bejelentések kapcsán Dario Gil, az IBM alelnöke és kutatási igazgatója. - Ahogy továbbfejlesztjük a kvantumrendszerek skálázhatóságát és moduláris architektúráját, amelyen keresztül értéket teremtenek, tovább növeljük a közüzemi kvantumtechnológiai stack minőségét, és az felhasználóink, partnereink kezébe adjuk, akik egyre összetettebb problémák megoldását fogják vele megcélozni.
Az IBM és a Berkeley Egyetem kutatói a 127 qubites IBM Quantum Eagle processzorral bizonyították, hogy a gyártó kvantumszámítógépei a már tudományos eszközként szolgálhatnak a kémia, a fizika és az anyagtudományok problémaköreinek kutatásában. Bemutatójuk óta olyan szervezetek vezető kutatói, tudósai és mérnökei terjesztették ki a kvantumszámítás demonstrációit, és erősítették meg értékét az eddig feltérképezetlen számítási területek feltárásában, mint az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Argonne Nemzeti Laboratóriuma, a Tokiói Egyetem, a Washingtoni Egyetem, a Kölni Egyetem, a Harvard Egyetem, a Qedma, az Algorithmiq, a Berkeley Egyetem, a Q-CTRL, a Fundacion Ikerbasque, a Donostia Nemzetközi Fizikai Központ és a Baszkföldi Egyetem, valamint az IBM.
Munkáik között olyan kutatások is szerepelnek, amelyek már az új, 133 qubites Quantum Heron processzoron futnak, ehhez az IBM a felhőben ad hozzáférést. Az IBM Heron a kvantumprocesszorok új osztályát képviseli, mind teljesítmény, mind hibaráta tekintetében ötször jobb a korábbi csúcstartó IBM Quantum Eagle processzornál. Közműszintű kvantumszámítógépeinek flottáját pedig az IBM 2024 folyamán újabb Heron processzorokkal is bővíteni fogja.
IBM Quantum Heron: az eddigi legnagyobb teljesítményű kvantumprocesszor - Fotók: Ryan Lavine az IBM számára
Az IBM Quantum System Two a gyártó következő generációs kvantumszámítógép-architektúrájának alapja, amely a skálázható kriogén infrastruktúrát és a klasszikus futásidejű szervereket moduláris qubitvezérlő elektronikával kombinálja. Az új rendszer egyben az IBM jövőbeni kvantumcentrikus szuperszámítógépeinek építőeleme, amelyek architektúrája a kvantumkommunikációt és -számítást klasszikus számítási erőforrásokkal, valamint egy middleware-réteggel ötvözi, amely a kvantum- és a klasszikus munkafolyamatok megfelelő integrálására szolgál.
Ugyancsak a konferencián ismertette az IBM kiterjesztett fejlesztési és innovációs ütemtervét (lásd az ábrát), amely a kvantumprocesszorok és az architektúra fejlődésének következő tíz évét vetíti előre. A moduláris Quantum System Two rendszer eszerint a jövőben fokozatosan egyre jobban skálázható és jobb minőségű műveleteket végző processzorokat kap, így a mostaninál is sokkal összetettebb és nagyobb méretű munkaterheléseket is futtathat.
Kvantumkódot ír a generatív AI
Hardverei mellett az IBM bejelentette a Qiskit 1.0-t, a világ legszélesebb körben használt, nyílt forráskódú kvantumprogramozó szoftverének első verzióját, amely új funkciókkal segíti a számítással foglalkozó tudósokat a kvantumáramkörök könnyű és gyors végrehajtásában. A gyártó ezzel együtt részletezte a szoftver stack következő generációjára vonatkozó terveit is, amelynek fejlesztésében a stabilitást és gyorsaságot adó Qiskit 1.0 fordulópontot jelent. A Qiskit Patterns bejelentésével pedig az IBM a kvantum-számítástechnika demokratizálását célozza, olyan mechanizmusról van szó ugyanis, amely a fejlesztők számára könnyebbé teszi a kód létrehozását.
Az IBM Quantum fejlesztési és innovációs ütemterve - Fotók: Ryan Lavine az IBM számára
A Qiskit Patterns eszközök gyűjteménye, amelyekkel a fejlesztők egyszerűen leképezhetik és a Qiskit segítségével kvantumáramkörökké optimalizálhatják a klasszikus problémákat, majd ezeket az áramköröket a Qiskit Runtime segítségével végrehajthatják, és az eredmények utófeldolgozását is elvégezhetik. A Qiskit Patterns és a munkaterhelések távoli futtatására szolgáló Quantum Serverless segítségével a felhasználók a klasszikus és a kvantumszámítást integráló munkafolyamatokat hozhatnak létre, telepíthetnek és hajthatnak végre különböző környezetekben, például a felhőben vagy a helyi adatközpontban. Mindezen eszközök olyan építőelemeket is kínálni fognak, amelyekkel a felhasználók könnyebben hozhatnak létre és futtathatnak kvantumalgoritmusokat.
Nem utolsósorban az IBM watsonx vállalati AI platformján a generatív mesterséges intelligencia képességeit is a kvantumprogramozás szolgálatába állítja. Az IBM Granite modellsorozat finomhangolásával a watsonx platformon elérhető generatív AI segíteni fogja a Qiskit eszközeivel történő kvantumkódírás automatizálását.
- A generatív mesterséges intelligencia és a kvantum-számítástechnika fejlődése egyaránt fordulóponthoz érkezik, így a watsonx megbízható alapmodell-keretrendszerét felhasználva egyszerűsíthetjük a kvantumalgoritmusok építését a közüzemi szintű alkalmazáshoz - mondta a bejelentés kapcsán Jay Gambetta, a gyártó IBM Fellow címmel kitüntetett alelnöke. - Jelentős lépést teszünk afelé, hogy a kvantum-számítástechnika mint a tudományos kutatás eszköze szélesebb körben elérhetővé váljon, és a felhasználók kezébe kerüljön.
