Até 2029, a IBM planeja lançar o primeiro computador quântico comercial tolerante a falhas, o Starling, baseado em uma nova arquitetura e um algoritmo de correção de erros qLDPC mais avançado. A primeira concretização desses planos foi o processador quântico experimental Loon, que a IBM descreve como a primeira solução a incorporar todos os componentes essenciais para a computação quântica tolerante a falhas.
Fonte da imagem: IBM
O processador IBM Loon ajudará a testar uma nova arquitetura para a futura implementação de plataformas de computação quântica em larga escala e para o escalonamento de componentes necessários para a correção de erros quânticos prática e altamente eficiente.
A IBM já demonstrou algumas das funcionalidades inovadoras que afirma serem implementadas neste processador, como a implementação de múltiplas camadas de roteamento de alta qualidade e baixa perda para permitir interconexões on-chip mais longas (ou links C) que vão além das conexões entre vizinhos mais próximos e conectam fisicamente qubits distantes no mesmo chip, bem como tecnologias de reinicialização de qubits entre computações.
Comparação das arquiteturas de Unidades de Processamento Quântico (QPU) “Tsapli” (esquerda) e “Gagara” (direita) da IBM
A transição de conexões de qubits para vizinhos mais próximos e, posteriormente, para conexões com qubits distantes, ajudará, entre outras coisas, a eliminar códigos de correção de erros de nível superficial em favor da verificação de paridade quântica de baixa densidade (qLDPC) para sistemas quânticos. “Alega-se que o uso desse esquema em vez de um algoritmo de nível superficial reduzirá o número de qubits físicos necessários para implementar um único qubit lógico em aproximadamente uma ordem de magnitude.” Essa reserva pode dar à IBM uma vantagem inicial na conquista da tão almejada supremacia quântica.
A combinação das capacidades da arquitetura Loon com a correção de erros quânticos de computadores clássicos será o passo que aproximará mais rapidamente as plataformas quânticas supercondutoras da IBM da aplicabilidade prática. Aliás, a IBM também demonstrou que é possível usar hardware de computação clássica para decodificação precisa de erros em tempo real usando códigos qLDPC (em menos de 480 ns). Esse avanço técnico foi alcançado um ano antes do previsto.
Para produzir chips com a arquitetura da QPU Loom, a empresa começou a usar linhas de produção de 300 mm nas instalações da Albany NanoTech em Nova York. Essa instalação já foi praticamente uma unidade própria da IBM, mas, desde meados dos anos 2000, a otimização dos negócios obrigou a empresa a se desfazer desses ativos onerosos. A IBM continua sendo um cliente importante desse centro e agora transferiu o desenvolvimento de seus processadores quânticos para lá.
Os equipamentos de semicondutores de última geração e a capacidade de operação contínua do centro já aceleraram o processo de aprendizado.Os processadores quânticos da IBM foram aprimorados, refinados e expandidos, permitindo à empresa aumentar o número de qubits conectados, sua densidade e desempenho.
Até o momento, a IBM dobrou a velocidade de pesquisa e desenvolvimento, reduzindo pela metade o tempo necessário para criar cada novo processador; alcançou um aumento de dez vezes na complexidade física dos chips quânticos; e possibilitou a pesquisa e o desenvolvimento paralelos de múltiplos projetos. Os processadores Kozodoy e Gagara tornaram-se realidade em grande parte devido à transição para a produção de wafers de 300 mm, o que proporcionará à IBM mais uma vantagem na corrida pela supremacia quântica.