IBM Quantum Heron, il processore quantistico più efficiente dell’azienda fino ad oggi e disponibile nei data center quantistici globali di IBM, può ora sfruttare Qiskit per eseguire con precisione determinate classi di circuiti quantistici fino a 5.000 porte a due qubit. Gli utenti possono ora utilizzare queste funzionalità per espandere le esplorazioni su come i computer quantistici possono risolvere problemi scientifici nei materiali, nella chimica, nelle scienze della vita, nella fisica delle alte energie e altro ancora.
Ciò contribuisce a raggiungere traguardi importanti nella roadmap di sviluppo quantistico di IBM e a far avanzare l’era dell’utilità quantistica[1] mentre IBM e i suoi partner si avvicinano al vantaggio quantistico e al sistema avanzato di correzione degli errori di IBM pianificato per il 2029.
I miglioramenti combinati di IBM Heron e Qiskit consentono di eseguire determinati circuiti quantistici che simulano modelli di Ising con un massimo di 5.000 porte, quasi il doppio del numero di porte eseguite accuratamente nella dimostrazione di utilità quantistica di IBM nel 2023. Questo lavoro lo rende possibile estendere ulteriormente le prestazioni dei computer quantistici IBM oltre le capacità dei classici metodi di simulazione della forza bruta. Il Quantum Utility Experiment del 2023, pubblicato su Nature, ha dimostrato risultati di velocità in termini di tempo di elaborazione, per dati, per un totale di 112 ore. Lo stesso esperimento, utilizzando gli stessi dati, è stato eseguito sul più recente processore IBM Heron ed è stato completato in 2,2 ore, 50 volte più velocemente.
IBM ha trasformato Qiskit nel software quantistico più potente al mondo, rendendo più semplice per gli sviluppatori progettare circuiti quantistici complessi con stabilità, precisione e velocità. Ciò è dimostrato dai risultati raccolti e pubblicati su arXiv.org utilizzando Benchpress, uno strumento di benchmark open Source che IBM ha utilizzato per misurare Qiskit su 1.000 test, in gran parte di terze parti, e che lo ha ritenuto l’SDK quantistico più performante e affidabile rispetto ad altre piattaforme selezionate.
Nuovi strumenti software per promuovere lo sviluppo di algoritmi di prossima generazione
La piattaforma IBM Quantum espande ulteriormente le opzioni con nuovi servizi Qiskit come funzionalità generative basate sull’intelligenza artificiale e software dei partner IBM, consentendo a una rete crescente di esperti in tutti i settori di attività di progettare algoritmi di nuova generazione per la ricerca scientifica.
Ciò include strumenti come il servizio Qiskit Transpiler per ottimizzare in modo efficiente i circuiti quantistici per l’hardware quantistico con l’intelligenza artificiale; Qiskit Code Assistant per aiutare gli sviluppatori a generare codice quantistico con modelli di intelligenza artificiale generativa basati su IBM Granite; Qiskit Serverless per eseguire approcci iniziali ai supercomputer quantistici su sistemi quantistici e classici; e IBM Qiskit Feature Catalog per fornire servizi di IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL e Multiverse Computing per funzionalità come la riduzione della gestione delle prestazioni del rumore quantistico, nonché l’astrazione delle complessità dei circuiti quantistici per semplificare lo sviluppo di tecnologie quantistiche. algoritmi.
“L’algoritmo Tensor Network Error Mitigation (TEM) di Algorithmiq, disponibile tramite IBM Qiskit Feature Catalog, offre una mitigazione degli errori all’avanguardia per i circuiti su scala utile sfruttando i passaggi per approcci di supercomputer quantistici, offrendo il tempo di esecuzione quantistica più veloce che abbiamo mai offerto agli utenti”, ha affermato Matteo Rossi, CTO di Algorithmiq. “Con i recenti progressi che abbiamo fatto nel combinare computer quantistici con post-elaborazione su GPU, stiamo spingendo le capacità di TEM per supportare circuiti con un massimo di 5.000 porte quantistiche entangled: una pietra miliare importante per scalare esperimenti quantistici e risolvere problemi complessi. Ciò potrebbe aprire la strada a simulazioni e calcoli quantistici precedentemente limitati dal rumore. »
“I progressi nell’hardware e nel software quantistico di IBM sono fondamentali per la missione di Qedma di creare servizi che consentano ai nostri utenti di eseguire i circuiti quantistici più lunghi e complessi”, ha affermato Dorit Aharonov, Direttore scientifico di Qedma. “In combinazione con i nostri risultati nella mitigazione degli errori, che offriamo attraverso il servizio Qedma nel IBM Qiskit Feature Catalog, non vediamo l’ora di continuare la nostra missione di consentire agli utenti di tutto il mondo di progettare algoritmi con gli attuali sistemi quantistici e ottenere risultati sempre più precisi di valore scientifico. »
Qiskit potenzia l’integrazione classica e quantistica per il futuro dell’informatica
Come prossima evoluzione del calcolo ad alte prestazioni, la visione di IBM del supercomputer quantistico mira a integrare computer quantistici avanzati e classici che eseguono applicazioni parallelizzate per risolvere facilmente problemi complessi con un software potente, consentendo a ciascuna architettura di risolvere le parti di un algoritmo per le quali è è più adatto. Questi programmi software sono progettati per ricomporre i problemi in modo trasparente e rapido, rendendo possibile l’esecuzione di algoritmi inaccessibili o difficili per ciascun paradigma informatico isolatamente.
RIKEN, un istituto nazionale di ricerca scientifica in Giappone, e la Cleveland Clinic, un importante centro medico accademico e struttura di ricerca biomedica con un IBM Quantum System One da oltre 100 qubit in loco, stanno esplorando algoritmi per problemi di struttura elettronica fondamentali per la chimica.
Queste iniziative rappresentano i primi passi verso approcci basati su supercomputer quantistici per modellare realisticamente sistemi chimici e biologici complessi, un compito storicamente ritenuto che richiedesse computer quantistici tolleranti ai guasti.
I primi esempi di questi tipi di processi sono metodi basati sull’elaborazione classica parallela di singoli campioni provenienti da computer quantistici. Basandosi su tecniche precedenti, come il metodo QSCI di QunaSys, i ricercatori IBM e RIKEN hanno eseguito diagonalizzazioni quantistiche basate su campioni in ambienti di supercomputer quantistici, che utilizzano hardware quantistico per modellare accuratamente la struttura elettronica dei solfuri di ferro, un composto ampiamente presente in natura e negli organismi organici. sistemi.
Ora disponibile come servizio Qiskit implementabile, questa stessa tecnica viene sfruttata dalla Cleveland Clinic per studiare come potrebbe essere utilizzata per implementare simulazioni quantistiche di interazioni non covalenti: legami tra molecole che sono essenziali per molti processi scientifici chimici, biologici e farmaceutici .
“Questa ricerca è un esempio di ciò che rende vincente la nostra partnership di ricerca: l’unione delle tecnologie di prossima generazione di IBM e dell’esperienza riconosciuta a livello mondiale della Cleveland Clinic nel campo della sanità e delle scienze della vita”, ha affermato Lara Jehi, MD, Chief Research Information Officer presso la Cleveland Clinic. “Insieme, stiamo spingendo oltre i confini scientifici tradizionali utilizzando tecnologie all’avanguardia come Qiskit per far avanzare la ricerca e trovare nuovi trattamenti per i pazienti di tutto il mondo. »
“Insieme ai nostri partner IBM, siamo stati in grado di sfruttare il loro algoritmo avanzato di simulazione della struttura elettronica quantistica per studiare – per la prima volta – le interazioni intermolecolari sull’IBM Quantum System One distribuito presso la Cleveland Clinic, che sono importanti per potenziali future applicazioni in scoperta e progettazione di farmaci”, ha affermato Kennie Merz, PhD e scienziato molecolare quantistico presso la Cleveland Clinic.
“Il RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) è a capo del progetto giapponese High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), che mira a progettare una piattaforma di calcolo ibrida quantistica-HPC integrando il nostro supercomputer, Fugaku, con un IBM Quantum System Two on-premise alimentato da un processore IBM Quantum Heron. Nell’era dell’utilità quantistica, sosterremo con forza l’obiettivo dell’iniziativa di dimostrare gli approcci dei supercomputer quantistici utilizzando la nostra piattaforma come primo passo verso questa nuova architettura informatica”, ha affermato Mitsuhisa Sato, direttore della divisione Quantum-HPC Hybrid Platform, RIKEN Center for Scienza computazionale.
Inoltre, il Rensselaer Polytechnic Institute sta utilizzando gli strumenti Qiskit per compiere i primi passi verso la realizzazione della prima realizzazione di un supercomputer quantistico da parte di IBM in un campus universitario. Attraverso un potente software, RPI e IBM mirano a connettere con successo le applicazioni del classico supercomputer AiMOS di IBM e del Quantum System One, entrambi situati nel campus RPI, in un unico ambiente informatico gestito da un sistema di calcolo ad alte prestazioni standard per il gestore delle risorse.
“Da quando abbiamo presentato l’IBM Quantum System One nel campus RPI all’inizio di quest’anno, abbiamo adottato misure per raggiungere un altro importante primato iniziando a connettere il sistema quantistico al nostro supercomputer AiMOS”, ha affermato A. Schmidt, Ph.D., presidente di RPI. “Questo momento testimonia la nostra partnership di lunga data con IBM e, come la combinazione dell’informatica quantistica e del nostro computer classico ad alte prestazioni, le nostre due istituzioni raggiungeranno insieme scoperte entusiasmanti negli anni a venire”. »
[1] IBM ritiene che siamo entrati nell’era dell’utilità quantistica dal giugno 2023, un’era in cui l’hardware quantistico può eseguire circuiti quantistici più velocemente e con maggiore precisione rispetto a un computer classico che simula un computer quantistico.
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