São Paulo, 21 de novembro de 2024 – Em sua conferência inaugural IBM Quantum Developer, a IBM (NYSE: IBM) anunciou avanços de hardware e software quânticos para executar algoritmos complexos em computadores quânticos IBM com níveis recordes de escala, velocidade e precisão.

O IBM Quantum Heron, o processador quântico de melhor desempenho da empresa até o momento e disponível nos data centers quânticos globais da IBM, agora pode aproveitar o Qiskit para executar com precisão certas classes de circuitos quânticos com até 5.000 operações de porta de dois qubits. Os usuários agora podem utilizar esses recursos para expandir explorações com o uso de computadores quânticos e abordar problemas científicos em materiais, química, ciências biológicas, física de altas energias e muito mais.

Isso dá continuidade à conquista de marcos no Roteiro de Desenvolvimento Quântico da IBM ,e avança ainda mais a era da utilidade quântica à medida que a IBM e seus parceiros progridem em direção à vantagem quântica e ao sistema avançado e corrigido de erros da IBM planejado para 2029.

As melhorias combinadas entre o IBM Heron e o Qiskit podem executar certos circuitos quânticos Ising espelhados de até 5 mil portas, o que é quase o dobro do número executado com precisão na demonstração da IBM em 2023 do quantum utility. Este trabalho amplia ainda mais o desempenho dos computadores quânticos da empresa além das capacidades dos métodos clássicos de simulação de força bruta. O experimento de utilidade de 2023, publicado na Nature, demonstrou os resultados de velocidade em termos de tempo de processamento, por ponto de dados, que totalizaram 112 horas. O mesmo experimento, usando os mesmos pontos de dados, foi executado no mais recente processador IBM Heron e pode ser concluído em 2,2 horas, o que é 50 vezes mais rápido.

A IBM evoluiu ainda mais o Qiskit para o software quântico de melhor desempenho do mundo, permitindo que os desenvolvedores construam circuitos quânticos complexos com mais facilidade, estabilidade, precisão e velocidade. Isso é evidenciado pelos resultados coletados e publicados no arXiv.org usando o Benchpress, uma ferramenta de benchmarking de código aberto que a IBM usou para medir o Qiskit em mil testes, em grande parte de terceiros, e descobriu que era o kit de desenvolvimento de software quântico de melhor desempenho e mais confiável em comparação com outras plataformas selecionadas.

“Avanços em nosso hardware e Qiskit estão permitindo que nossos usuários criem novos algoritmos nos quais recursos avançados de supercomputação quântica e clássica podem ser unidos para combinar seus respectivos pontos fortes”, disse Jay Gambetta, vice-presidente de IBM Quantum. “À medida que avançamos em nosso roteiro em direção a sistemas quânticos com correção de erros, os algoritmos descobertos hoje em todos os setores serão essenciais para concretizar o potencial de resolver novos problemas percebidos por meio da convergência de QPUs, CPUs e GPUs.”

Novas ferramentas de software para promover o desenvolvimento de algoritmos de última geração

A IBM Quantum Platform está expandindo ainda mais suas opções com novos serviços Qiskit, como recursos baseados em IA generativa e software de parceiros da IBM, permitindo que uma rede crescente de especialistas em todos os setores crie algoritmos de última geração para pesquisa científica.

Isso inclui ferramentas como o Qiskit Transpiler Service, para potencializar a otimização eficiente de circuitos quânticos para hardware quântico com IA; Qiskit Code Assistant para ajudar desenvolvedores a gerar código quântico com modelos de IA generativa baseados em IBM Granite; Qiskit Serverless, para executar abordagens iniciais de supercomputação centradas em sistemas quânticos e clássicos; e o IBM Qiskit Functions Catalog, para disponibilizar serviços da IBM, Algorithmiq, Qedma, QunaSys, Q-CTRL e Multiverse Computing  para recursos, como redução do gerenciamento de desempenho de ruído, bem como abstração das complexidades dos circuitos para simplificar o desenvolvimento de algoritmos quânticos.

"O algoritmo de mitigação de rede de erro tensorial (TEM) da Algorithmiq, disponível por meio do IBM Qiskit Functions Catalog, oferece mitigação de erros de última geração para circuitos em escala de serviços públicos, aproveitando etapas em direção a abordagens de supercomputação centradas em quantum, proporcionando o tempo de execução quântico mais rápido que já oferecemos aos usuários", disse Matteo Rossi, CTO da Algorithmiq. “Com os avanços recentes que fizemos para combinar computadores quânticos com pós-processamento em GPUs, estamos ampliando as capacidades do TEM para oferecer suporte a circuitos com até 5 mil portas quânticas emaranhadas – um marco para dimensionar experimentos quânticos e lidar com problemas complexos. Isso poderia abrir caminhos para simulações e computações quânticas anteriormente restritas por limitações de ruído.”

“O progresso no hardware e software quântico da IBM é fundamental para a missão da Qedma de criar serviços que permitirão que nossos usuários executem os circuitos quânticos mais longos e complexos”, disse Dorit Aharonov, Diretora Científica da Qedma. “Combinado com nossas próprias conquistas em mitigação de erros, que oferecemos por meio do serviço da Qedma no IBM Qiskit Functions Catalog, estamos ansiosos para promover nossa missão de permitir que usuários globais criem algoritmos com os sistemas quânticos de hoje – e alcancem resultados cada vez mais precisos de valor científico.”

Qiskit alimenta integração quântica e clássica em direção ao futuro da computação

Como a próxima evolução da computação de alto desempenho, a visão da IBM de supercomputação centrada em quantum visa integrar computadores quânticos e clássicos avançados, executando cargas de trabalho paralelas para facilmente separar problemas complexos com software de alto desempenho, permitindo que cada arquitetura resolva partes de um algoritmo para o qual é mais adequada. Esse software está sendo projetado para unir problemas de forma rápida e contínua, permitindo que algoritmos que são inacessíveis ou difíceis para cada paradigma de computação sejam executados isoladamente.

O RIKEN, um instituto nacional de pesquisa científica no Japão, e a Cleveland Clinic, um importante centro médico acadêmico e instituição de pesquisa biomédica utilizam um IBM Quantum System One em escala de utilidade pública on-site para explorar algoritmos para problemas de estrutura eletrônica que são fundamentais para a química.

Essas iniciativas representam os primeiros passos em direção a abordagens de supercomputação centradas em quantum para modelar sistemas químicos e biológicos complexos, uma tarefa que historicamente se acreditava exigir computadores quânticos tolerantes a falhas.

Os primeiros exemplos desses tipos de fluxos de trabalho são métodos baseados no processamento clássico paralelo de amostras individuais de computadores quânticos. Com base em técnicas anteriores, como o método QunaSys's QSCI, pesquisadores da IBM e da RIKEN realizaram diagonalizações quânticas baseadas em amostras em ambientes de supercomputação centrados em quantum, que fazem uso de hardware quântico para modelar com precisão a estrutura eletrônica de sulfetos de ferro, um composto amplamente presente na natureza e em sistemas orgânicos.

Agora disponível como um serviço Qiskit implementável, essa mesma técnica está sendo aproveitada pela Cleveland Clinic para explorar como ela poderia ser usada para implementar simulações de interações não covalentes centradas em quantum: ligações entre moléculas que são essenciais para muitos processos científicos químicos, biológicos e farmacêuticos.

“Esta pesquisa é um exemplo do que torna nossa parceria de pesquisa bem-sucedida – unindo as tecnologias de última geração da IBM com a expertise mundialmente reconhecida da Cleveland Clinic em saúde e ciências biológicas”, disse Lara Jehi, MD, Chief Research Information Officer da Cleveland Clinic. “Juntos, estamos ultrapassando os limites científicos tradicionais usando tecnologia de ponta, como o Qiskit, para avançar na pesquisa e encontrar novos tratamentos para pacientes em todo o mundo.”

“Com nossos parceiros na IBM, fomos capazes de alavancar seu algoritmo avançado de estrutura eletrônica de computação quântica para estudar – pela primeira vez – interações intermoleculares no IBM Quantum System One on-site na Cleveland Clinic, que são importantes para potenciais aplicações futuras na descoberta e design de medicamentos”, disse Kennie Merz, PhD e cientista molecular quântico na Cleveland Clinic.

“O RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) está conduzindo o projeto Japan High Performance Computing-Quantum (JHPC-Quantum), que visa construir uma plataforma de computação híbrida quântica-HPC integrando nosso supercomputador, Fugaku, com um IBM Quantum System Two local alimentada por um processador IBM Quantum Heron. Na era da utilidade quântica, apoiaremos fortemente o objetivo da iniciativa de demonstrar abordagens de supercomputação centradas em quantum, usando nossa plataforma como um primeiro passo em direção a essa nova arquitetura de computação", disse Mitsuhisa Sato, diretor da Divisão de Plataforma Híbrida Quantum-HPC do RIKEN Center for Computational Science.

Além disso, o Rensselaer Polytechnic Institute está usando ferramentas Qiskit para dar os primeiros passos para construir a primeira realização da IBM de supercomputação centrada em quantum em um campus universitário. Com software de alto desempenho, a RPI e a IBM pretendem conectar com sucesso cargas de trabalho no supercomputador clássico AiMOS e no IBM Quantum System One, ambos localizados no campus da RPI, em um único ambiente computacional gerenciado por um gerenciador de recursos de computação de alto desempenho padrão.

"Desde a revelação do IBM Quantum System One no campus do RPI no início deste ano, demos passos em direção a outra inovação significativa ao iniciar o trabalho de vinculação do sistema quântico e nosso supercomputador AiMOS", disse Martin A. Schmidt, Ph.D., presidente do RPI. “Este momento é uma prova da nossa parceria de longa data com a IBM e, assim como a combinação da computação quântica e da supercomputação, nossas duas instituições juntas impulsionarão avanços emocionantes nos próximos anos.”

Sobre a IBM

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