IBM Quantum Heron, el procesador cuántico más eficiente de la compañía hasta la fecha y disponible en los centros de datos cuánticos globales de IBM, ahora puede aprovechar Qiskit para ejecutar con precisión ciertas clases de circuitos cuánticos de hasta 5000 puertas de dos qubits. Los usuarios ahora pueden utilizar estas capacidades para ampliar las exploraciones sobre cómo las computadoras cuánticas pueden resolver problemas científicos en materiales, química, ciencias biológicas, física de alta energía y más.
Esto contribuye a importantes hitos en la hoja de ruta de desarrollo cuántico de IBM y avanza en la era de la utilidad cuántica.[1] a medida que IBM y sus socios se acercan a la ventaja cuántica y al avanzado sistema de corrección de errores de IBM previsto para 2029.
Las mejoras combinadas de IBM Heron y Qiskit hacen posible ejecutar ciertos circuitos cuánticos que simulan modelos de Ising pateados en hasta 5.000 puertas, casi el doble del número de puertas ejecutadas con precisión en la demostración de utilidad cuántica de IBM en 2023. Este trabajo lo hace posible. ampliar aún más el rendimiento de las computadoras cuánticas de IBM más allá de las capacidades de los métodos clásicos de simulación de fuerza bruta. El experimento de utilidad cuántica de 2023, publicado en Nature, demostró resultados de velocidad en términos de tiempo de procesamiento, por datos, para un total de 112 horas. El mismo experimento, utilizando los mismos datos, se ejecutó en el último procesador IBM Heron y se completó en 2,2 horas, 50 veces más rápido.
IBM ha convertido Qiskit en el software cuántico más potente del mundo, lo que facilita a los desarrolladores el diseño de circuitos cuánticos complejos con estabilidad, precisión y velocidad. Esto se muestra en los resultados recopilados y publicados en arXiv.org utilizando Benchpress, una herramienta de referencia de código abierto que IBM utilizó para medir Qiskit en 1.000 pruebas, en su mayoría de terceros, y que encontró que era el SDK cuántico más confiable y de mayor rendimiento en comparación. a otras plataformas seleccionadas.
Nuevas herramientas de software para avanzar en el desarrollo de algoritmos de próxima generación
IBM Quantum Platform amplía aún más las opciones con nuevos servicios Qiskit, como capacidades generativas basadas en IA y software de socios de IBM, lo que permite que una red cada vez mayor de expertos en todos los sectores de actividad diseñe algoritmos de nueva generación para la investigación científica.
Esto incluye herramientas como el servicio Qiskit Transpiler para optimizar eficientemente circuitos cuánticos para hardware cuántico con IA; Qiskit Code Assistant para ayudar a los desarrolladores a generar código cuántico con modelos generativos de IA basados en IBM Granite; Qiskit Serverless para ejecutar enfoques iniciales para supercomputadoras cuánticas en sistemas cuánticos y clásicos; y el catálogo de funciones de IBM Qiskit para proporcionar servicios de IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL y Multiverse Computing para capacidades como la reducción de la gestión del rendimiento del ruido cuántico, así como la abstracción de las complejidades de los circuitos cuánticos para simplificar el desarrollo de la tecnología cuántica. algoritmos.
“El algoritmo Tensor Network Error Mitigation (TEM) de Algorithmiq, disponible a través del catálogo de funciones de IBM Qiskit, ofrece mitigación de errores de última generación para circuitos a una escala útil al aprovechar los pasos de los enfoques de las supercomputadoras cuánticas, brindando el tiempo de ejecución cuántica más rápido. que alguna vez hemos ofrecido a los usuarios”, dijo Matteo Rossi, CTO de Algorithmiq. “Con los avances recientes que hemos logrado al combinar computadoras cuánticas con posprocesamiento en GPU, estamos impulsando las capacidades de TEM para admitir circuitos con hasta 5.000 puertas cuánticas entrelazadas, un hito importante para escalar experimentos cuánticos y resolver problemas complejos. Esto podría abrir el camino a simulaciones y cálculos cuánticos que antes estaban limitados por el ruido. »
“Los avances en el hardware y software cuántico de IBM son fundamentales para la misión de Qedma de crear servicios que permitan a nuestros usuarios ejecutar los circuitos cuánticos más largos y complejos”, dijo Dorit Aharonov, directora científica de Qedma. “Combinado con nuestros propios logros en mitigación de errores, que ofrecemos a través del servicio Qedma en el Catálogo de funciones Qiskit de IBM, esperamos continuar nuestra misión de permitir a los usuarios de todo el mundo diseñar algoritmos con sistemas cuánticos actuales y obtener resultados cada vez más precisos de valor científico. »
Qiskit impulsa la integración clásica y cuántica para el futuro de la informática
Como próxima evolución de la computación de alto rendimiento, la visión de IBM de la supercomputadora cuántica apunta a integrar computadoras clásicas y cuánticas avanzadas que ejecutan aplicaciones en paralelo para descomponer fácilmente problemas complejos con software potente, permitiendo que cada arquitectura resuelva las partes de un algoritmo para las cuales es el más adecuado. Estos programas de software están diseñados para recomponer problemas de forma transparente y rápida, haciendo posible ejecutar algoritmos inaccesibles o difíciles para cada paradigma informático de forma aislada.
RIKEN, un instituto nacional de investigación científica de Japón, y la Clínica Cleveland, un importante centro médico académico e instalación de investigación biomédica con un IBM Quantum System One de más de 100 qubits en el lugar, están explorando algoritmos para problemas de estructuras electrónicas que son fundamentales para la química.
Estas iniciativas representan los primeros pasos hacia enfoques de supercomputadoras cuánticas para modelar de manera realista sistemas químicos y biológicos complejos, una tarea que históricamente se considera que requiere computadoras cuánticas tolerantes a fallas.
Los primeros ejemplos de este tipo de procesos son métodos basados en el procesamiento clásico paralelo de muestras individuales de ordenadores cuánticos. Basándose en técnicas anteriores, como el método QSCI de QunaSys, los investigadores de IBM y RIKEN realizaron diagonalizaciones cuánticas basadas en muestras en entornos de supercomputadoras cuánticas, que utilizan hardware cuántico para modelar con precisión la estructura electrónica de los sulfuros de hierro, un compuesto que se encuentra ampliamente en la naturaleza y en los compuestos orgánicos. sistemas.
Ahora disponible como un servicio Qiskit desplegable, la Clínica Cleveland está aprovechando esta misma técnica para estudiar cómo podría usarse para implementar simulaciones cuánticas de interacciones no covalentes: enlaces entre moléculas que son esenciales para muchos procesos científicos químicos, biológicos y farmacéuticos. .
“Esta investigación es un ejemplo de lo que hace que nuestra asociación de investigación sea exitosa: reunir las tecnologías de próxima generación de IBM y la experiencia mundialmente reconocida de la Clínica Cleveland en atención médica y ciencias de la vida”, dijo Lara Jehi, MD, directora de información de investigación de la Clínica Cleveland. “Juntos, estamos superando los límites científicos tradicionales mediante el uso de tecnologías de vanguardia como Qiskit para avanzar en la investigación y encontrar nuevos tratamientos para pacientes de todo el mundo. »
“Junto con nuestros socios de IBM, pudimos aprovechar su algoritmo avanzado de simulación de estructuras electrónicas cuánticas para estudiar, por primera vez, las interacciones intermoleculares en el IBM Quantum System One implementado en la Clínica Cleveland, que son importantes para posibles aplicaciones futuras en descubrimiento y diseño de fármacos”, dijo Kennie Merz, PhD y científico molecular cuántico de la Clínica Cleveland.
“El Centro RIKEN de Ciencias Computacionales (R-CCS) lidera el proyecto Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), cuyo objetivo es diseñar una plataforma de computación híbrida cuántica-HPC integrando nuestra supercomputadora, Fugaku, con una IBM Quantum. Sistema Dos local impulsado por un procesador IBM Quantum Heron. En la era de la utilidad cuántica, apoyaremos firmemente el objetivo de la iniciativa de demostrar enfoques de supercomputadoras cuánticas utilizando nuestra plataforma como el primer paso hacia esta nueva arquitectura informática”, dijo Mitsuhisa Sato, director de la División de Plataforma Híbrida Quantum-HPC del Centro RIKEN para Ciencia Computacional.
Además, el Instituto Politécnico Rensselaer está utilizando las herramientas de Qiskit para dar los primeros pasos hacia el establecimiento de la primera supercomputadora cuántica de IBM en un campus universitario. A través de un potente software, RPI e IBM pretenden conectar con éxito aplicaciones del superordenador clásico AiMOS de IBM y Quantum System One, ambos ubicados en el campus de RPI, en un único entorno informático gestionado por un administrador de recursos informáticos estándar de alto rendimiento.
“Desde que presentamos el IBM Quantum System One en el campus de RPI a principios de este año, hemos tomado medidas para lograr otra primicia importante al comenzar a conectar el sistema cuántico a nuestra supercomputadora AiMOS”, dijo A. Schmidt, Ph.D., presidente de. RPI. “Este momento es un testimonio de nuestra asociación de larga data con IBM y, al igual que la combinación de la computación cuántica y nuestra computadora clásica de alto rendimiento, nuestras dos instituciones lograrán avances emocionantes juntas en los próximos años”. »
[1] IBM considera que hemos entrado en la era de la utilidad cuántica desde junio de 2023, una era en la que el hardware cuántico puede ejecutar circuitos cuánticos más rápido y con más precisión que un ordenador clásico que simula un ordenador cuántico.
