520 คิวบิตที่ตั้งโปรแกรมได้: ไอบีเอ็มวางแผนเชื่อมชิป 2 ตัวในปี 2027

ไอบีเอ็ม(IBM) เปิดเผยแบบโปรเซสเซอร์ควอนตัมรุ่นถัดไป Nighthawk r3 ซึ่งตั้งเป้ารองรับคิวบิตที่ตั้งโปรแกรมได้ 520 คิวบิต พร้อมความสามารถเชื่อมงานควอนตัมกับการประมวลผลทั่วไป

ไอบีเอ็มระบุในประกาศอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 11ว่า Nighthawk r3 ออกแบบให้ทำงานควอนตัม 10,000 ครั้งได้อย่างแม่นยำ โดยมีคิวบิตทางกายภาพทั้งหมด 2,034 คิวบิต ตัวเลข 520 หมายถึงจำนวนคิวบิตที่ตั้งโปรแกรมเพื่อใช้คำนวณได้ และเป็นเป้าหมายในการออกแบบ ไม่ใช่ผลการทดสอบจากเครื่องที่กำลังใช้งานอยู่

Nighthawk r2 ซึ่งกำลังทำงานอยู่ในปัจจุบัน มีคิวบิตที่ตั้งโปรแกรมได้ 120 คิวบิต และคิวบิตทางกายภาพ 458 คิวบิต ไอบีเอ็มเริ่มใช้งานเครื่อง Nighthawk r2 ในชิคาโก สหรัฐฯ เมื่อวันที่ 6 ตามเวลาท้องถิ่น โดยมีรายงานก่อนหน้านี้

การรันวงจรควอนตัมหนึ่งครั้งให้ตัวอย่างผลลัพธ์หนึ่งชุด การคำนวณที่ซับซ้อนต้องรวบรวมผลลัพธ์จากการรันซ้ำหลายครั้ง ดังนั้นความเร็วในการทำงานจึงสำคัญควบคู่กับจำนวนคิวบิต

Nighthawk r2 ประมวลผลได้สูงสุด 100,000 ตัวอย่างต่อวินาที และทำงานควอนตัมได้มากกว่า 7,500 ครั้งเมื่อใช้คิวบิต 120 คิวบิต ไอบีเอ็มระบุว่าลูกค้าและพันธมิตรทำวงจรบนโปรเซสเซอร์นี้ไปแล้วกว่า 34,000 ล้านครั้ง และรายงานการปรับปรุงประสิทธิภาพสูงสุด 19 เท่าเมื่อเทียบกับโปรเซสเซอร์รุ่นก่อนของบริษัท

Nighthawk r3 มีกำหนดติดตั้ง l-coupler จำนวน 10 ตัว ซึ่งเป็นอุปกรณ์เชื่อมต่อระหว่างโปรเซสเซอร์ แบบที่ไอบีเอ็มเสนออาศัยโครงสร้างการเชื่อมต่อแบบตารางสี่เหลี่ยมและการประมวลผลที่รวดเร็วของ r2

ในปีนี้ ไอบีเอ็มเชื่อมโปรเซสเซอร์ Nighthawk r1 สองตัวด้วย l-coupler สี่ตัว และทำได้ค่าความเที่ยงตรงในการส่งผ่านสถานะควอนตัม 99.3% การทดลองนี้แสดงความคืบหน้าไปสู่เป้าหมาย 99.9% ที่บริษัทระบุไว้

ไอบีเอ็มยังสาธิตการเชื่อมโมดูลไครโอเจนิกสองชุดให้เป็นระบบเดียวเป็นครั้งแรก ระบบใช้เวลา 5 วันจึงถึงอุณหภูมิทำงาน โดยอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 15 มิลลิเคลวิน

นอกเหนือจากการพัฒนาฮาร์ดแวร์ แพลตฟอร์ม IBM Quantum Platform ยังเชื่อมการคำนวณควอนตัมกับการประมวลผลทั่วไปบนโน้ตบุ๊กและซูเปอร์คอมพิวเตอร์ไว้ในสภาพแวดล้อมที่จัดการร่วมกัน นักวิจัยจึงจัดเวิร์กโฟลว์สำหรับงานควอนตัมและงานประมวลผลทั่วไปได้โดยไม่ต้องเชื่อมสภาพแวดล้อมการคำนวณด้วยตนเองทุกครั้ง

ไอบีเอ็มอธิบายว่า เมื่อขนาดงานควอนตัมเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ทรัพยากรประมวลผลทั่วไปมากขึ้นสำหรับการแก้ไขและลดข้อผิดพลาด การเรียนรู้สัญญาณรบกวน และการประมวลผลภายหลัง แพลตฟอร์มรองรับการนำทรัพยากรคำนวณหลายประเภท ตั้งแต่โน้ตบุ๊กไปจนถึงคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง มาทำงานร่วมกับงานควอนตัม

แพลตฟอร์มยังมีฟังก์ชันควบคุมระดับพัลส์ นักวิจัยสามารถใช้ปรับจังหวะการคำนวณ ตรวจจับและวิเคราะห์ข้อผิดพลาด รีเซ็ตคิวบิตได้เร็วขึ้น และดึงข้อมูลการวัดออกมา

ไอบีเอ็มระบุว่า การทำงานร่วมกับนักวิจัยจากสถาบัน RIKEN ของญี่ปุ่นในงาน quantum diagonalization แบบอาศัยตัวอย่าง ทำให้การประมวลผลเร็วขึ้นราว 5 เท่าเมื่อเทียบกับงานวิจัยก่อนหน้า พร้อมเพิ่มปริมาณการคำนวณเป็น 100 เท่า ผลดังกล่าวมาจากงานแยกต่างหากของทีมนักวิจัย

คลีฟแลนด์ คลินิก (Cleveland Clinic) และสถาบัน RIKEN ของญี่ปุ่นประมวลผลตัวอย่าง 608 ล้านรายการโดยอัตโนมัติ ระหว่างการสร้างแบบจำลองโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยา ไอบีเอ็มระบุว่างานนี้เร็วขึ้นราว 33 เท่าเมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีระบบอัตโนมัติ

เจย์ แกมเบตตา (Jay Gambetta) ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของไอบีเอ็มและ IBM Fellow กล่าวว่า “คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริงขึ้นอยู่กับความสามารถในการให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและรวดเร็ว” คำกล่าวนี้ชี้ว่าการประเมินสมรรถนะต้องพิจารณาคุณภาพผลลัพธ์และเวลาประมวลผลควบคู่กับจำนวนคิวบิต ไอบีเอ็มวางแผนเชื่อม Nighthawk r3 สองตัวในปี 2027 เพื่อสร้างระบบขนาด 1,040 คิวบิต