IBM accelera la roadmap verso l’utilità quantistica

In occasione dell’annuale IBM Quantum Summit di New York, l’azienda ha presentato il processore Quantum Heron, il primo computer modulare IBM Quantum System Two, il software di programmazione quantistica open source Qiskit 1.0 e modelli di IA generativa, per semplificare la programmazione del software quantistica.

Le due grandi novità del Quantum Summit

Quantum Heron (nella foto qui sopra) è il primo di una nuova serie di processori quantistici su scala industriale, risultato di un’architettura progettata negli ultimi 4 anni, in grado di raggiungere le più elevate metriche di prestazioni IBM nonché i minimi tassi di errore rispetto a qualsiasi processore IBM Quantum reso disponibile fino a oggi.

Quantum System Two (nella foto subito qui sotto) è il primo computer quantistico modulare, nonché pietra miliare dell’architettura di quantum centric supercomputing di IBM. Situato a Yorktown Heights nello stato di New York (USA), è stato avviato con 3 processori IBM Heron ed elettronica di controllo di supporto.

Partendo da queste basi fondamentali e da ulteriori scoperte effettuate nell’hardware, nella teoria e nel software quantistico, l’azienda ha sviluppato la propria IBM Quantum Development Roadmap verso il 2033 con nuovi obiettivi, al fine di migliorare significativamente la qualità delle operazioni con i gate quantistici. In questo modo, aumenteranno le dimensioni dei circuiti quantistici eseguibili, che contribuiranno a realizzare il pieno potenziale dell’informatica quantistica su larga scala.

«Siamo ormai entrati – ha dichiarato Dario Gil, SVP e Director of Research di IBM – nell’era in cui i computer quantistici vengono utilizzati come strumento per esplorare nuove frontiere della scienza. Continuando a far progredire il modo in cui i sistemi quantistici possono scalare e fornire valore attraverso architetture modulari, aumenteremo ulteriormente la qualità di uno stack di tecnologia quantistica su scala industriale e lo offriremo ai nostri utenti e partner che saranno in grado di spingersi verso i limiti posti da problemi più complessi».

Perfezionando il calcolo quantistico industriale

Come dimostrato da IBM all’inizio del 2023 relativamente al processore IBM Quantum Eagle da 127 qubit, oggi i sistemi IBM Quantum possono essere utilizzati quale strumento scientifico per esplorare problemi a livello di utility scale nella chimica, nella fisica e nei materiali, al di là della simulazione classica di forza bruta della meccanica quantistica.

Da questa prima dimostrazione, i più importanti ricercatori, scienziati e ingegneri provenienti da organizzazioni come l’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’Università di Tokyo, l’Università di Washington, l’Università di Colonia, l’Università di Harvard a Boston, il QEDma, l’Algorithmiq, l’Universitiy of California a Berkeley, il Q-CTRL, la Fundacion Ikerbasque, il Donostia International Physics Center e l’Università dei Paesi Baschi, nonché ovviamente la stessa IBM, hanno potuto perfezionare ulteriormente le dimostrazioni di calcolo quantistico su scala industriale e confermarne il valore ottenuto attraverso l’osservazione di aree computazionali mai rilevate prima.

Queste dimostrazioni sono il risultato di esperimenti già in atto, sviluppati grazie al nuovo processore IBM Quantum Heron a 133 qubit, che IBM sta rendendo disponibile per gli utenti sul cloud. IBM Heron è il primo di una nuova classe di processori IBM ad alte prestazioni che offre tassi di errore notevolmente migliorati: almeno di 5 volte rispetto ai precedenti record stabiliti da IBM Eagle! Nel corso del 2024, entreranno a far parte della famiglia di sistemi IBM ulteriori processori IBM Heron, riferimento del settore su scala industriale.

L’estensione dello sviluppo della IBM Quantum Roadmap

IBM Quantum System Two, alla base dell’architettura del sistema di calcolo quantistico di prossima generazione di IBM, combina un’infrastruttura criogenica scalabile a server di runtime classici, che dispongono di elettronica di controllo dei qubit modulare. Il nuovo sistema è uno degli elementi che permette la realizzazione della visione di IBM di un quantum centric supercomputing. Questa architettura unisce la comunicazione al calcolo quantistico, supportata da risorse di calcolo classiche, e sfrutta un livello middleware per integrare in modo appropriato i flussi di lavoro quantistici e classici.

All’interno della Quantum Development Roadmap ampliata di recente, IBM prevede che questo sistema possa ospitare anche le future generazioni di processori quantistici di IBM. Questi processori hanno, inoltre, lo scopo di migliorare in maniera graduale la qualità delle operazioni che possono eseguire, estendendo in modo significativo la complessità e le dimensioni dei carichi di lavoro che possono gestire.

Qiskit e l’IA generativa semplificano la programmazione

Insieme agli annunci al Summit di New York, IBM ha anche reso disponibili i dettagli dei piani previsti nella nuova generazione del suo stack software, che vede il Qiskit 1.0 come punto di svolta in termini di stabilità e velocità.

Inoltre, con l’obiettivo di democratizzare lo sviluppo dell’informatica quantistica, IBM ha annunciato Qiskit Patterns, che fungerà da meccanismo in grado di consentire agli sviluppatori quantistici di creare codice in maniera semplice. Il tutto si basa su una raccolta di strumenti per mappare agevolmente i problemi classici, ottimizzarli in circuiti quantistici usando Qiskit ed eseguendoli usando Qiskit Runtime, al fine di poterne elaborare successivamente i risultati. La combinazione dell’utilizzo di Qiskit Patterns insieme al Quantum Serverless permette agli utenti di creare, distribuire ed eseguire flussi di lavoro integrando il calcolo classico e quantistico in ambienti diversi, come ad esempio scenari cloud oppure on-premise. Tutti questi strumenti forniranno blocchi predefiniti per semplificare agli utilizzatori la creazione ed esecuzione di algoritmi quantistici.

Inoltre, IBM è all’avanguardia nell’uso dell’IA generativa in termini di programmazione di codice quantistico attraverso watsonx, la piattaforma IA aziendale dell’azienda. IBM integrerà l’IA generativa disponibile tramite watsonx, per aiutare ad automatizzare lo sviluppo di codice quantistico per Qiskit. Ciò sarà reso possibile grazie alla messa a punto della serie di modelli IBM Granite.

«L’IA generativa e il calcolo quantistico – ha dichiarato Jay Gambetta, Vice Presidente e IBM Fellow di IBM – sono entrambi a un punto di svolta tale da permettere di utilizzare il framework del modello di base di watsonx in sicurezza, semplificando così il modo in cui gli algoritmi quantistici vengono costruiti per l’esplorazione su scala industriale. Questo è un passo significativo verso l’ampliamento del modo in cui l’informatica quantistica può essere accessibile, e viene riposta nelle mani degli utenti come strumento per l’esplorazione scientifica».

Grazie alla disponibilità dell’hardware avanzato della famiglia di sistemi IBM da 100 qubit e oltre, così come del software di semplice utilizzo che IBM introduce con Qiskit, gli utenti e gli scienziati computazionali possono ottenere risultati sempre più affidabili dai sistemi quantistici nel percorso di mappatura dei problemi che vengono rilevati in maniera crescente e sempre più complessa su circuiti quantistici.