Verso i computer quantistici modulari: IBM lancia Heron, il processore Condor da 1.121 qubit e System Two

IBM ha annunciato diverse novità al suo Quantum Summit, l'evento annuale in cui presenta gli ultimi progressi nel mondo dei computer quantistici. In primo piano Heron, nuovo processore quantistico modulare pensato per essere interconnesso con altre unità, Condor, processore da 1.121 qubit, e IBM Quantum System Two, che si contraddistingue anch'esso proprio per la modularità. L'azienda ha anche esteso la propria tabella di marcia fino al 2033, con nuovi obiettivi in termini di qualità delle operazioni e di riduzione degli errori.

IBM Heron: il primo processore quantistico modulare di IBM

Heron ("airone") non rappresenta un salto in avanti sostanziale rispetto a Eagle in quanto al mero numero di qubit disponibili: il precedente modello ne metteva a disposizione 127, mentre Heron passa a 133. Questo incremento modesto nasconde, però, cambiamenti significativi altrove. Il nuovo processore, infatti, offre un incremento delle prestazioni che IBM stima essere tra le 3 e le 5 volte, per via della maggiore qualità dei qubit, realizzati con un processo interamente nuovo. Va specificato che "incremento delle prestazioni" significa che i qubit sono in grado di eseguire più operazioni con un minor tasso di errore.

Le novità non si fermano qui, però: Heron è il primo processore di IBM a essere progettato come un modulo, così da poter funzionare al fianco di altri processori. L'idea non è dissimile da quanto vediamo con i processori classici, dove più core vengono fatti funzionare assieme all'interno di un unico processore. La differenza sostanziale sta nel fatto che, nel caso delle unità quantistiche, i moduli si comportano come fossero un unico processore.

La connessione tra i diversi moduli di Heron avviene in maniera classica, pertanto le informazioni non vengono trasmesse in forma quantistica e vengono convertite prima in un segnale classico e poi di nuovo ri-convertite in uno quantistico. Si tratta di un primo passo verso la modularizzazione dei processori quantistici, per quanto limitata dall'uso di accoppiatori classici.

IBM Condor supera la soglia dei 1.000 qubit

Si chiama Condor il primo processore di IBM ad andare oltre la soglia dei 1.000 qubit, essendo dotato di 1.121 qubit. C'è un salto significativo rispetto a Osprey ("falco pescatore"), presentato lo scorso anno e dotato di 433 qubit, con una densità del 50% superiore che, però, non impatta sulle prestazioni. Contrariamente ai dispositivi classici, infatti, un aumento dei qubit può portare a una riduzione delle prestazioni per via della maggiore difficoltà di controllare qubit inseriti più densamente sul chip.

IBM fa notare come controllare tanti qubit richieda più di un miglio (1,6 km) di cablaggi all'interno del refrigeratore criogenico.

IBM Quantum System Two: la nuova base per le evoluzioni future

IBM aveva già annunciato System Two nel 2021, e aveva diffuso ulteriori dettagli lo scorso anno, ma il sistema è divenuto ora realtà con la prima unità installata presso i laboratori di Yorktown Heights, nello Stato di New York. Con una larghezza di 6,7 m e un'altezza di 3.6 m, il nuovo computer quantistico contiene tutto il necessario per raffreddare i processori fino alle temperature prossime allo zero assoluto di cui hanno bisogno per funzionare.

Il sistema è pensato per essere modulare e per contenere diversi moduli dei processori quantistici, pertanto è stato progettato con uno sguardo all'espandibilità futura e alla possibilità di connettere più System Two fra di loro.

Uno sguardo al futuro: i piani di IBM fino al 2033

IBM ha anche esteso la propria pianificazione nello sviluppo dei nuovi dispositivi fino al 2033, con obiettivi piuttosto ambiziosi previsti per la fine del decennio. L'anno prossimo IBM intende arrivare al traguardo di 5.000 porte logiche (ovvero 5.000 operazioni) eseguite su tre moduli Heron (per un totale di 399 qubit), mentre l'anno successivo lo stesso obiettivo verrà perseguito con sette moduli di Flamingo ("fenicottero"), che avrà 156 qubit per modulo e una connessione quantistica tra gli stessi, per un totale di 1.092 qubit. Nel 2026 si arriverà a 7.500 porte logiche, nel 2027 a 10.000 e nel 2028 a 15.000.

È nel 2029 che ci sarà, nei piani di IBM, un grosso salto: con Starling (che in italiano è "storno"), processore modulare che verrà lanciato nel 2028, l'azienda intende arrivare a 100 milioni di porte logiche (un salto di quattro ordini di grandezza!) con 200 qubit, grazie alla correzione degli errori. Va ricordato, infatti, che attualmente vengono impiegate tecniche per la mitigazione degli errori, ma non è ancora possibile correggerli. Con Starling si dovrebbe arrivare, invece, ad avere finalmente dei qubit logici dotati di correzione degli errori, con la conseguenza che sarà possibile eseguire programmi di portata molto più ampia rispetto a ora, nonché con applicazioni pratiche effettive.

Fra 10 anni, nel 2033, IBM prevede di arrivare a 2.000 qubit con correzione degli errori e un miliardo di porte logiche grazie al processore Blue Jay (che è il nome in inglese della ghiandaia azzurra americana).

Nel corso dei prossimi dieci anni, insomma, IBM sembra convinta di poter superare il più grande problema che sta affrontando oggi il settore, che è quello dell'assenza di correzione degli errori. Si tratta del vero, grande ostacolo che impedisce oggi l'uso dei computer quantistici per applicazioni pratiche, nonostante il numero di qubit fisici sia già molto elevato.

Qiskit arriva alla versione 1.0, e arriva anche l'IA

Non di solo hardware vive il calcolo quantistico, ed è così che IBM ha annunciato anche la versione 1.0 di Qiskit, il suo ambiente di sviluppo per creare il software da eseguire sull'hardware quantistico. Questa nuova versione porta con sé significativi miglioramenti nella costruzione dei circuiti, nel tempo di compilazione e nell'uso di memoria rispetto alle versioni precedenti. Secondo IBM, Qiskit 1.0 offre migliori prestazioni rispetto alle soluzioni concorrenti nella mappatura da codice a circuiti sull'hardware quantistico.

L'azienda ha altresì annunciato che renderà disponibile tramite watsonx un servizio per aiutare i programmatori a scrivere il codice in maniera più efficace, un po' come avviene con soluzioni come GitHub CoPilot; dall'altro lato, l'IA renderà possibile migliorare ulteriormente le prestazioni del codice generato rispetto ai modelli euristici impiegati finora per gli utenti Premium di Qiskit.

I prossimi anni si preannunciano, insomma, estremamente interessanti sul fronte dello sviluppo dei computer quantistici, grazie ad avanzamenti significativi nella tecnologia alla loro base. Rimarrà da vedere se i piani ambiziosi di IBM sapranno tramutarsi effettivamente in realtà.