IBM migliora le prestazioni del suo processore quantistico di 25 volte resettando i qubit

IBM ha annunciato Nighthawk r2, seconda versione rifinita del suo processore Nighthawk. Il numero di qubit rimane fisso a 120, ma quello che cambia è l'introduzione di un sistema per effettuare il reset dei qubit che incrementa significativamente le prestazioni del processore.

IBM Nighthawk r2 migliora le prestazioni grazie al reset

Se dovessimo riassumere la novità principale di IBM Nighthawk r2 in una frase, diremmo che offre prestazioni 25 volte superiori a quelle del predecessore Heron. Nighthawk r2 è infatti in grado di eseguire 100.000 circuiti al secondo, contro i 4.000 di Heron, ed è in grado di mantenere un alto livello di accuratezza con circuiti che contengono oltre 7.500 porte logiche. Si tratta dunque di miglioramenti in tutti gli ambiti fondamentali: scala, qualità e velocità.

Come spiega IBM in un articolo pubblicato sul suo blog, questi miglioramenti sono dovuti all'introduzione di un dispositivo per il reset dei qubit. Quanto un calcolo finisce, i qubit devono essere resettati in maniera tale da tornare a uno stato neutro (stato di base o ground state in inglese) che è possibile poi programmare nuovamente; nelle generazioni precedenti di processori, ciò dipendeva dall'accuratezza delle misure dello stato e richiedeva che il processore finisse i calcoli prima di poter effettuare il reset.

Nighthawk r2 cambia significativamente la situazione grazie ai nuovi dispositivi per il reset: ne è presente uno per ciascun qubit fisico, e funzionano collegando ciascun qubit all'ambiente criogenico in cui è inserito il processore, così da dissipare l'energia presente nel qubit e, dunque, riportarlo al suo stato di base. Questa procedura richiede molto meno tempo rispetto al passato, dato che avviene in appena 25 nanosecondi (rispetto ai circa 200 microsecondi precedenti), e può essere applicata al singolo qubit sia al termine dei calcoli, sia mentre i calcoli stanno ancora avvenendo. IBM afferma che resettare un qubit non abbia poi alcun effetto su quelli che lo circondano.

Ciò porta alla possibilità di effettuare misurazioni dello stato dei qubit a metà calcolo, nonché a una riduzione degli errori, visto che l'inizializzazione dei qubit non dipende dalla correttezza delle misure del loro stato. È un cambiamento importante in particolare per quanto riguarda la correzione degli errori, poiché il rilevamento di un errore nei qubit fisici a metà circuito consente di effettuare il reset immediatamente e di ripristinare il valore corretto.

Il risultato di questi cambiamenti è un netto miglioramento nella velocità di esecuzione dei calcoli. Come dimostrazione, IBM ha ripetuto la simulazione delle proprietà della perovskite fluorurata, che aveva annunciato ad aprile. Il calcolo precedente aveva richiesto circa 12 minuti, mentre Nighthawk r2 ha impiegato solo un minuto per ripetere l'esperimento, senza aumenti negli errori.

Nighthawk r2 continua dunque gli avanzamenti significativi che IBM ha compiuto nel mondo dei computer quantistici quest'anno: solo due settimane fa, l'azienda aveva annunciato di aver collegato due moduli quantistici.