IBM meluncurkan dua prosesor kuantum baru — termasuk satu yang menawarkan cetak biru komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan pada tahun 2029
Para ilmuwan di IBM telah menciptakan dua hal baru unit pemrosesan kuantum (QPU) yang menurut mereka akan membawa mereka selangkah lebih dekat untuk mencapai keunggulan kuantum pada tahun depan — dan sepenuhnya toleran terhadap kesalahan sebanyak komputer pada tahun 2029.
Prosesor pertama, yang disebut IBM Quantum Nighthawk, adalah chip 120-qubit yang dapat memproses perhitungan kuantum yang 30% lebih kompleks daripada QPU perusahaan sebelumnya (R2 Bangau) bisa menangani.
Perusahaan juga meluncurkan prosesor lain, IBM Loom, dengan 112 qubit, yang menurut para ilmuwan mencakup semua elemen yang diperlukan untuk toleransi kesalahan penuh – komputer kuantum yang mendeteksi sendiri dan memperbaiki semua kesalahan secara real time.
Prosesor kuantum baru
Nighthawk memungkinkan masing-masing dari 120 qubit dalam prosesor untuk terhubung dengan empat tetangga terdekatnya dalam struktur kisi persegi, berkat 218 merdu coupler yang ditingkatkan — komponen yang mengatur koneksi antara masing-masing qubit pada chip. Ini mewakili peningkatan 20% dalam jumlah skrup pada prosesor Heron sebelumnya.
Arsitektur ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengeksplorasi masalah yang memerlukan 5.000 gerbang dua qubit — operasi pengikatan mendasar yang diperlukan untuk komputasi kuantum.
Menurut perwakilan IBM, perusahaan berharap versi Nighthawk di masa depan akan mampu mengirimkan hingga 7,500 dan 10,000 gerbang masing-masing pada akhir tahun 2026 dan pada tahun 2027. Kemudian, pada tahun 2028, para ilmuwan IBM berencana untuk menciptakan sistem berbasis Nighthawk dengan hingga 1.000 qubit yang terhubung menggunakan coupler jarak jauh untuk mencapai 15.000 gerbang dua qubit.
Loom, sementara itu, adalah chip yang lebih kecil dengan hanya 112 qubit yang menurut para ilmuwan IBM menunjukkan semua elemen perangkat keras dari komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan. Teknologi ini dirancang untuk mengatasi tingkat kegagalan yang sangat tinggi dalam qubit — bidang yang dikenal sebagai koreksi kesalahan kuantum (QEC). QEC adalah alasan utama mengapa prosesor kuantum menjadi lebih canggih dan tidak hanya lebih besar dalam hal jumlah qubit.
Pada bulan Desember 2023, misalnya, para ilmuwan IBM membuat chip berukuran besar 1.000 qubit, bernama Condor, tetapi sepupunya yang jauh lebih kecil yaitu 113 qubit, Eagle, dianggap sebagai prospek yang lebih menarik dari sudut pandang penelitian, mengingat tingkat kesalahannya lima kali lebih rendah. Hal yang sama berlaku untuk Nighthawk dibandingkan dengan Loom.
CTO IBM Quantum Oliver Dial mengatakan kepada Live Science bahwa para ilmuwan memerlukan fitur-fitur baru dalam prosesor untuk mengimplementasikan kode koreksi kesalahan dan coupler yang ingin mereka gunakan dalam jangka panjang. Ini termasuk koneksi enam arah, yang memungkinkan sebuah qubit terhubung dengan hingga enam tetangganya, bukan empat di QPU terbaru. Mereka juga membutuhkan lebih banyak lapisan perutean pada permukaan chip, serta skrup yang lebih panjang, serta “reset gadget” yang mengatur ulang qubit ke keadaan dasar dari keadaan tereksitasi.
“Dengan Loon, untuk pertama kalinya, kami menguji semua fitur ini bersama-sama pada perangkat 112-qubit,” kata Dial. “Namun, agar dapat berfungsi sebagai memori yang toleran terhadap kesalahan, setiap salinan dari 112 lebih salinan fitur-fitur ini pada chip harus bekerja dengan sangat baik. Meskipun ini adalah hasil yang kami harapkan, secara realistis, hasil yang diperoleh pada awalnya mungkin rendah pada perangkat yang kompleks ini. Hal ini dimaksudkan agar kami dapat mengatasi masalah dan belajar sebelum Kookaburra tahun depan.”
Kookaburra akan menjadi prosesor bukti konsep lainnya, yang diharapkan pada tahun 2026, yang menurut perwakilan IBM akan menjadi QPU berdesain modular pertama yang dirancang untuk menyimpan dan memproses informasi yang dikodekan — menggabungkan operasi logika dengan memori.
Mencapai keunggulan kuantum dan seterusnya
Selain meluncurkan dua QPU baru, IBM telah mendirikan a pelacak keuntungan kuantum. Keunggulan kuantum adalah ketika komputer kuantum dapat mendemonstrasikan pemecahan masalah di luar kemampuan superkomputer klasik.
Mendemonstrasikan keunggulan kuantum sulit dilakukan karena komputer klasik tidak dapat dengan mudah memverifikasi atau mereplikasi masalah yang sedang ditangani oleh sistem kuantum. Tiga tantangan pertama yang diluncurkan sebagai bagian dari pelacak adalah “estimasi yang dapat diobservasi”, “masalah variasional”, dan “masalah yang dapat diverifikasi secara klasik”.
Perusahaan juga menyampaikan pembaruan pada fabrikasi prosesor kuantum pada wafer 300mm (12 inci). Format baru ini, semikonduktor berbentuk cakram besar yang memantulkan cahaya dalam warna pelangi, mengurangi separuh waktu yang dibutuhkan untuk membangun setiap prosesor, sekaligus mencapai peningkatan kompleksitas fisik chip kuantum sebesar 10 kali lipat.
Untuk membuat wafer ini, silinder panjang silikon diiris menjadi cakram tipis, dan para insinyur menggunakan perangkat lunak untuk merancang sirkuit listrik. Mesin otomatis kemudian mengetsa sirkuit ini ke permukaan silikon, menyimpan logam baru dan mengolah wafer, menghasilkan kisi-kisi chip komputer berbentuk persegi panjang pada disk. Insinyur membuat beberapa jenis wafer dan kemudian menyelesaikan langkah pemrosesan tambahan, sebelum wafer tersebut dilapis dan dihubungkan dalam tumpukan 3D, dan dihubungkan untuk mengontrol elektronik.
Para ilmuwan IBM berharap dapat menghadirkan chip komputasi kuantum toleransi kesalahan pertama mereka, yang disebut Starling, pada tahun 2029, dengan chip Blue Jay berukuran 2.000 qubit yang akan dirilis pada tahun 2033, menurut perusahaan tersebut. peta jalan kuantum.
