IBM trình làng chip lượng tử thế hệ tiếp theo Nighthawk r3: 520 qubit, nhắm mục tiêu hơn 1.000 qubit vào năm 2027

IBM đã công bố vào thứ Ba (11 tháng 11) bộ xử lý lượng tử thế hệ tiếp theo, Nighthawk r3, được thiết kế để thực hiện chính xác 10.000 phép toán lượng tử trên 520 qubit có thể lập trình để thực hiện các phép tính lớn hơn, phức tạp hơn; vào năm 2027, họ có kế hoạch liên kết hai bộ xử lý r3 thành một hệ thống 1.040 qubit duy nhất, tiến tới điện toán lượng tử có khả năng chịu lỗi.

r3: được thiết kế để mở rộng quy mô vượt quá 1.000 qubit

r3 mở rộng kiến trúc tốc độ cao của r2, được thiết kế để hỗ trợ 520 qubit có thể lập trình và tổng cộng 2.034 qubit vật lý, duy trì khả năng kết nối mạng vuông và hoạt động nhanh của r2 trong khi giới thiệu 10 kết nối giữa chip với chip, được gọi là bộ ghép l, để kết nối bộ xử lý vào các hệ thống lớn hơn. IBM cho biết họ đã trình diễn hai công nghệ mô-đun quan trọng: năm nay họ kết nối hai bộ xử lý Nighthawk r1 bằng cách sử dụng bốn bộ ghép l, đạt được độ chính xác chuyển giao trạng thái lượng tử 99,3% (so với mục tiêu 99,9%) và kết nối hai mô-đun đông lạnh vào một hệ thống duy nhất lần đầu tiên, đạt nhiệt độ hoạt động trong vòng chưa đầy 5 ngày và làm mát dưới 15 milikelvin.

r2 đang được sản xuất: 34 tỷ mạch, tăng tốc lên tới 19 lần

Nighthawk r2 hiện tại, được giới thiệu vào tháng 9, có 120 qubit, cung cấp tới 100.000 mẫu mỗi giây và hỗ trợ tính toán chính xác với hơn 7.500 phép toán lượng tử. Các khách hàng và đối tác bao gồm E.ON, Algorithmiq và Q-CTRL đã chạy hơn 34 tỷ mạch trên r2, báo cáo tốc độ tăng lên tới 19 lần: E.ON đã báo cáo tốc độ tăng tốc gấp 15 lần trong quá trình học máy lượng tử để tối ưu hóa lưới năng lượng; một thí nghiệm của IBM với Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge mô phỏng vật liệu từ tính thực tế chạy nhanh hơn gấp 12 lần, với kết quả phù hợp với các thí nghiệm tán xạ neutron; và một thí nghiệm Algorithmiq mô phỏng vật liệu lượng tử không đồng nhất chạy nhanh hơn 8 lần so với trên Heron, trong khi mô phỏng nó theo cách cổ điển bằng các phương pháp mạng tensor hàng đầu sẽ cần bộ nhớ nhiều hơn ước tính gấp 240 lần.

Lượng tử đáp ứng điện toán cổ điển

IBM cũng đang hợp nhất điện toán cổ điển hiệu suất cao với điện toán lượng tử trong một môi trường được quản lý duy nhất, Nền tảng lượng tử IBM: Các nhà khoa học của IBM và RIKEN đã thực hiện quy trình đường chéo lượng tử dựa trên mẫu của họ nhanh hơn khoảng 5 lần trong khi thực hiện các phép tính nhiều hơn 100 lần, còn Cleveland Clinic và RIKEN tự động xử lý 608 triệu mẫu để lập mô hình các cấu trúc liên quan đến sinh học, nhanh hơn 33 lần. IBM gần đây đã ra mắt một nền tảng đồng thiết kế để sửa lỗi lượng tử với Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và AMD, đồng định vị Nighthawk về mặt vật lý với siêu máy tính Umbra của ORNL, được hỗ trợ bởi GPU AMD Instinct MI355X và CPU AMD EPYC thế hệ thứ 5. Jay Gambetta, Giám đốc Nghiên cứu của IBM cho biết: “Tính toán lượng tử hữu ích phụ thuộc vào việc liệu kết quả có thể được cung cấp với độ chính xác và tốc độ hay không, cả hai đều là yếu tố cơ bản”.

(Hình ảnh: IBM. Kết xuất bộ xử lý Nighthawk r3 (trái) và r2 (phải).)