A IBM apresentou uma nova arquitetura criogênica modular desenvolvida para conectar diferentes processadores quânticos e ampliar a capacidade dos computadores baseados em qubits supercondutores. A tecnologia foi criada para enfrentar um dos principais desafios de infraestrutura do setor e faz parte do plano da empresa para desenvolver o computador quântico tolerante a falhas Starling, previsto para 2029.
Os módulos funcionam em temperaturas próximas do zero absoluto. As unidades apresentadas pela IBM têm cerca de 2,4 metros de altura e largura, com aproximadamente 0,25 metro cúbico de espaço interno. Em operação, podem alcançar temperaturas inferiores a 15 milikelvins, condição necessária para manter os circuitos supercondutores utilizados nos processadores quânticos.
A necessidade de temperaturas tão baixas está relacionada à própria natureza dos qubits. Diferentemente dos bits convencionais, os qubits são extremamente sensíveis a perturbações externas, incluindo calor e interferências eletromagnéticas. O resfriamento reduz essas interferências e permite que os circuitos mantenham as propriedades necessárias para executar operações quânticas.
Módulos podem ser conectados
O principal avanço apresentado pela IBM está na possibilidade de interligar módulos criogênicos separados. Em vez de concentrar todos os processadores dentro de uma única estrutura gigantesca, a arquitetura divide o sistema em unidades que podem ser conectadas e ampliadas progressivamente.
A conexão é feita por componentes chamados de acopladores em L, cabos supercondutores de alumínio que podem chegar a aproximadamente um metro de comprimento. Segundo a empresa, eles permitem estabelecer entre diferentes chips uma conexão semelhante à utilizada para operações entre qubits dentro de um mesmo processador.
A estratégia também busca facilitar a manutenção e a expansão dos equipamentos. Uma estrutura única de grandes dimensões exigiria a interrupção de uma parcela maior do sistema sempre que fosse necessário realizar intervenções técnicas ou substituir componentes.
A IBM afirma ter demonstrado pela primeira vez a interconexão de processadores quânticos instalados em módulos criogênicos separados. Nos testes iniciais, duas unidades foram resfriadas simultaneamente e utilizadas com o processador Flamingo para operações lógicas simples.
Ainda não foram demonstradas operações quânticas complexas entre os módulos. A próxima etapa envolve a instalação dos processadores Nighthawk, desenvolvidos para a geração seguinte da arquitetura da empresa.
Meta é chegar a 100 milhões de operações
O planejamento da IBM prevê a implementação da nova arquitetura criogênica a partir de 2027. Os primeiros sistemas deverão utilizar entre duas e três células, com capacidade estimada de aproximadamente mil qubits.
A empresa pretende chegar, até 2029, a uma arquitetura capaz de executar cerca de 100 milhões de portas lógicas em uma única sessão. O objetivo está associado ao lançamento do Starling, que a IBM pretende apresentar como seu primeiro computador quântico tolerante a falhas.
A tolerância a falhas é considerada uma etapa fundamental para aplicações práticas da computação quântica. A tecnologia de correção de erros permite identificar e compensar determinadas falhas provocadas pelo ruído dos qubits, possibilitando a execução de cálculos mais longos sem que os erros acumulados inutilizem o resultado.
Com sistemas mais estáveis, pesquisadores poderiam ampliar o uso de computadores quânticos em áreas como química, ciência dos materiais e física, especialmente em problemas que permanecem difíceis de resolver com computadores convencionais.
Apesar dos avanços, a própria IBM ainda precisa demonstrar operações complexas entre os módulos e cumprir uma série de etapas de engenharia antes de atingir a meta de 2029. Outras empresas e grupos de pesquisa também trabalham em arquiteturas quânticas tolerantes a falhas, utilizando diferentes tecnologias de qubits e abordagens de resfriamento.
A nova infraestrutura representa, portanto, uma tentativa de resolver um problema que vai além do número de qubits: construir uma plataforma capaz de reunir processadores, mantê-los em condições extremas de operação e permitir que trabalhem de forma integrada em larga escala.
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