La corsa verso computer quantistici utilizzabili per elaborazioni complesse passa anche da una questione molto concreta: come ospitare, raffreddare e collegare un numero crescente di processori senza perdere il controllo del sistema.
IBM ha annunciato di avere collegato e raffreddato due moduli criogenici all’interno di un unico ambiente operativo. Insieme superano i 2,4 metri sia in altezza sia in larghezza e sono scesi sotto i 15 millikelvin. È un risultato ingegneristico che IBM inserisce nel percorso verso Quantum Starling, il computer fault-tolerant previsto per il 2029.
Indice degli argomenti
Dal processore al sistema quantistico modulare
I test condotti da IBM hanno portato i due moduli congiuntamente a 4 Kelvin, la temperatura dell’elio liquido, in meno di cinque giorni; successivamente il sistema è sceso sotto i 15 millikelvin. Ciascun modulo dispone inoltre di una camera a vuoto che offre fino a dodici volte lo spazio per il cablaggio dei sistemi IBM oggi più diffusi.
Quel maggiore spazio risponde a un limite fisico preciso. Aumentando il numero dei processori crescono anche le connessioni necessarie per controllarli e farli comunicare. IBM ha quindi abbandonato, per questa infrastruttura, l’idea di affidare la crescita del sistema a un unico contenitore sempre più grande. I nuovi criostati hanno una struttura modulare a box e possono essere collocati in sequenza ravvicinata.
La connessione tra processori è affidata agli L-coupler, tecnologia proprietaria IBM che consente a chip quantistici distinti di scambiarsi informazioni e operare come parti dello stesso computer.
L’obiettivo dichiarato nella roadmap è arrivare nel 2027 a sistemi Nighthawk fino a nove moduli da 120 qubit, per un massimo di 1.080 qubit e circuiti da 10.000 gate. La roadmap aggiornata prevede poi di salire a 15.000 gate nel 2028.
IBM prevede intanto di installare i processori Quantum Nighthawk nei nuovi moduli criogenici entro la fine del 2026, così da estendere test e validazione. Al momento del rilascio di Starling, secondo l’azienda, ogni modulo criogenico dovrebbe poter ospitare migliaia di qubit.
Il computer quantistico fault tolerance
IBM Quantum Starling è progettato per disporre di 200 qubit logici ed eseguire circuiti da 100 milioni di gate quantistici. IBM lo presenta come il primo computer quantistico fault-tolerant su larga scala e prevede di realizzarlo nel proprio data center di Poughkeepsie, nello Stato di New York.
Si parla di qubit logici ed è importante capire la differenza con quelli fisici. I qubit sono estremamente sensibili al rumore e agli errori. Un qubit logico utilizza più qubit fisici per conservare l’informazione quantistica e consentire di rilevare e correggere gli errori. Il fault tolerance serve quindi a eseguire calcoli molto più complessi senza lasciare che l’accumulo degli errori renda inutilizzabile il risultato.
Il punto è che la correzione degli errori richiede risorse hardware aggiuntive. IBM sta lavorando su codici qLDPC (quantum low-density parity-check) con l’obiettivo di ridurre questo overhead e, contemporaneamente, su processori, decoder in tempo reale, interconnessioni e infrastruttura criogenica. Starling dipenderà dalla convergenza di tutti questi elementi, non dal successo di uno soltanto.
Il collegamento dei due moduli dimostra un avanzamento dell’infrastruttura criogenica; non equivale alla realizzazione di un computer quantistico fault-tolerant. Quella rimane una previsione della roadmap IBM e, come specifica la stessa società nel proprio Technology Atlas, gli obiettivi futuri rappresentano intenzioni attuali e possono essere modificati o ritirati.
Un’architettura progettata anche per cambiare
IBM ha integrato nella nuova architettura tre componenti fondamentali di Quantum System Two, disponendoli però in modo che possano essere testati, modificati e aggiornati separatamente.
È una scelta che porta nel quantum un principio familiare all’IT enterprise: evitare che l’evoluzione di un componente obblighi a riprogettare l’intero sistema. Nel caso quantistico la difficoltà è maggiore, perché la sostituzione o l’espansione dell’hardware deve convivere con criogenia, cablaggi, elettronica di controllo e requisiti fisici molto stringenti.
La stessa IBM descrive Quantum System Two attraverso tre blocchi: infrastruttura criogenica scalabile, server runtime classici per i workflow ibridi ed elettronica modulare per il controllo delle QPU. Si va verso una direzione nella quale calcolo quantistico e infrastruttura classica sono strettamente interdipendenti.
I prossimi passi
IBM colloca Starling nel 2029; successivamente prevede Blue Jay, sistema da 2.000 qubit logici e un miliardo di operazioni quantistiche.
La roadmap IBM prevede di passare dai 7.500 gate previsti per Nighthawk nel 2026 ai 10.000 del 2027 e ai 15.000 del 2028, prima del salto previsto con Starling.
Jay Gambetta, Director of IBM Research e IBM Fellow, lega comunque il risultato a un insieme più ampio di progressi: «Portare il quantum computing fault-tolerant nelle applicazioni industriali richiede una serie di avanzamenti fondamentali. Il collegamento dei moduli criogenici, contribuirà ai progressi insieme all’innovazione nell’hardware, nel software e negli algoritmi quantistici».
Partecipa alla community