Presenta IBM Quantum Nighthawk r3 para ejecutar 10 mil operaciones cuánticas en 520 qubits

IBM anunció que su procesador Quantum Nighthawk r3 contará con una arquitectura diseñada para ejecutar 10 mil operaciones cuánticas en 520 qubits programables. La compañía también presentó sus planes para conectar dos procesadores durante 2027 y alcanzar un sistema con 1,040 qubits.

El desarrollo forma parte de la estrategia de IBM para ampliar la capacidad de procesamiento cuántico mediante sistemas que combinan velocidad, precisión y conectividad. La empresa explicó que las aplicaciones industriales requieren ejecutar circuitos con miles de operaciones y generar millones de muestras para resolver problemas computacionales.

Las computadoras cuánticas producen resultados mediante muestras obtenidas durante cada ejecución de un circuito, por lo que la velocidad determina los tiempos de procesamiento. Según IBM, algunas aplicaciones necesitan generar desde millones hasta miles de millones de muestras mientras mantienen la precisión de los cálculos.

Jay Gambetta, director de IBM Research, señaló que la precisión y la velocidad representan dos factores para desarrollar aplicaciones de computación cuántica. El directivo explicó que la arquitectura Nighthawk permite ampliar las capacidades de procesamiento y avanzar en su integración con sistemas de computación clásica.

Aumenta Nighthawk r2 la velocidad de procesamiento cuántico

IBM presentó en septiembre Quantum Nighthawk r2, un procesador que alcanza hasta 100 mil muestras por segundo y admite más de 7,500 operaciones cuánticas. El sistema utiliza 120 qubits y una tecnología de reinicio que reduce los intervalos entre ejecuciones para procesar mayores volúmenes de información.

La compañía informó que sus clientes y socios, entre ellos E.ON, Algorithmiq y Q-CTRL, ejecutaron 34 mil millones de circuitos cuánticos mediante Nighthawk r2. Estas organizaciones reportaron mejoras de rendimiento de hasta 19 veces en determinadas cargas de trabajo, manteniendo los niveles de precisión requeridos.

E.ON registró una aceleración de 15 veces en aplicaciones de aprendizaje automático cuántico destinadas a optimizar el funcionamiento de las redes de energía. Por su parte, IBM obtuvo una aceleración de 12 veces durante un experimento desarrollado con Oak Ridge National Laboratory para simular materiales magnéticos.

Ambos resultados utilizaron como referencia trabajos anteriores realizados mediante IBM Quantum Heron, mientras otros socios también reportaron mejoras en sus aplicaciones. Quantum Elements y ParityQC figuran entre las organizaciones que evaluaron el rendimiento de Nighthawk r2 mediante diferentes cargas de procesamiento.

Prepara IBM sistemas de más de mil qubits para 2027

La compañía explicó que Nighthawk r3 contará con 520 qubits programables y un total de 2,034 qubits físicos, mediante una arquitectura de procesamiento modular. El diseño conservará la conectividad de retícula cuadrada e incorporará diez interconexiones entre chips, denominadas l-couplers, para ampliar la capacidad de los sistemas.

IBM informó que durante este año conectó procesadores Nighthawk r1 mediante cuatro interconexiones y alcanzó una fidelidad de transferencia cuántica de 99.3%. La empresa mantiene como objetivo alcanzar una fidelidad de 99.9% para facilitar la comunicación entre procesadores dentro de una arquitectura modular.

La compañía también conectó dos módulos criogénicos dentro de un mismo sistema y logró alcanzar la temperatura operativa en menos de cinco días. Durante las pruebas, los equipos descendieron por debajo de 15 milikelvin, una condición necesaria para el funcionamiento de determinados procesadores cuánticos.

IBM prevé conectar dos procesadores Nighthawk r3 durante 2027 para alcanzar 1,040 qubits programables y ejecutar cálculos de mayor complejidad. La empresa plantea conservar las características de velocidad de la arquitectura actual mientras incrementa la cantidad de qubits disponibles para sus aplicaciones.

En otro experimento, IBM y Algorithmiq ampliaron una simulación de materiales cuánticos que originalmente utilizaron el procesador Quantum Heron durante julio. La nueva ejecución mediante Nighthawk r2 permitió procesar los circuitos ocho veces más rápido que en el experimento original.

IBM señaló que los circuitos también requieren aproximadamente 240 veces más memoria cuando utilizan determinados métodos clásicos de simulación para alcanzar una precisión comparable. Los experimentos forman parte de los trabajos publicados por la compañía y sus socios, cuyos circuitos pueden consultarse mediante Quantum Advantage Tracker.

Integra computación cuántica y clásica para gestionar errores

IBM también informó que Quantum Platform integra recursos de computación cuántica y computación clásica de alto rendimiento dentro de un mismo entorno administrado. La plataforma permite desarrollar flujos de trabajo que combinan procesadores cuánticos con computadoras personales, servidores y sistemas de supercomputación.

La empresa explicó que las aplicaciones cuánticas requieren mecanismos de mitigación y corrección de errores, además de técnicas para analizar el ruido computacional. Estas operaciones demandan recursos clásicos adicionales conforme aumenta el número de qubits y la complejidad de los circuitos utilizados.

Investigadores de IBM y Riken utilizaron la plataforma para ejecutar un procedimiento de diagonalización cuántica basada en muestras, conocido como SQD. El equipo completó su flujo de trabajo aproximadamente cinco veces más rápido y realizó 100 veces más cálculos respecto del estudio original.

Cleveland Clinic y Riken también utilizaron las herramientas de automatización para procesar 608 millones de muestras destinadas al modelado de estructuras biológicas. Según IBM, el procedimiento alcanzó una velocidad 33 veces mayor respecto de una ejecución sin automatización del flujo de trabajo.

La plataforma incorpora controles a nivel de pulsos que permiten estudiar los errores cuánticos y modificar los procedimientos utilizados para detectarlos y corregirlos. Estas funciones también facilitan la coordinación de operaciones, el reinicio de qubits y la recopilación de información procedente de las mediciones.

IBM anunció además una plataforma de codiseño para corrección de errores cuánticos, desarrollada junto con Oak Ridge National Laboratory y AMD. El proyecto coloca físicamente al procesador Nighthawk junto al sistema de computación de alto rendimiento Umbra, instalado en el laboratorio estadounidense.

La infraestructura utiliza procesadores gráficos AMD Instinct MI355X y procesadores AMD EPYC de quinta generación para realizar tareas de computación clásica. Esta configuración permite estudiar la interacción entre ambas arquitecturas durante los procesos de detección, análisis y corrección de errores cuánticos.

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