IBM ha presentato Nighthawk r3, con 520 qubit programmabili, un processore progettato per eseguire con precisione 10.000 operazioni quantistiche. L’azienda prevede di collegare due unità nel 2027 per formare un sistema da 1.040 qubit, con l’obiettivo di affrontare calcoli più complessi senza perdere la velocità dell’attuale generazione di Nighthawk.
L’annuncio di IBM, datato 11 novembre, presenta r3 come la generazione successiva di Nighthawk. L’azienda sostiene che il processore mantiene la velocità e la qualità dimostrate dall’attuale generazione, ampliando al contempo la scala dell’hardware. Il design conserva la connettività a griglia e le operazioni rapide di r2, aggiungendo collegamenti per connettere i processori in sistemi più grandi.
La descrizione della capacità presenta una discrepanza: IBM specifica 520 qubit programmabili, cifra riportata anche da StorageReview. Europa Press, nel corpo dell’articolo, afferma che r3 è progettato per 10.000 operazioni su 250 qubit, anche se il titolo del pezzo menziona 520. IBM riferisce inoltre che il processore conta 2.034 qubit fisici.
Dieci collegamenti tra chip e un piano di espansione
La novità architetturale consiste in 10 interconnessioni tra chip, che IBM chiama l-couplers. Sono progettate per collegare i processori ed estendere il sistema oltre un singolo chip. La roadmap annunciata prevede di collegare due Nighthawk r3 nel 2027, formando una macchina da 1.040 qubit.
L’azienda aveva già sperimentato parte di questa strategia con Nighthawk r1: quest’anno ha collegato due processori tramite quattro l-couplers. IBM ha comunicato una fedeltà media del trasferimento dello stato quantistico del 99 per cento e un risultato migliore del 99,3 per cento, rispetto a un obiettivo del 99,9 per cento. Il test costituisce un precedente per l’interconnessione modulare, ma non è ancora il sistema r3 previsto.
IBM ha inoltre riferito di aver unito per la prima volta due moduli criogenici in un unico sistema. L’insieme ha raggiunto la temperatura di funzionamento in meno di cinque giorni ed è stato raffreddato sotto i 15 millikelvin. L’azienda collega questi progressi — interconnessione e raffreddamento modulare — al suo piano per costruire sistemi quantistici più grandi.
| Processore o sistema | Dati comunicati |
|---|---|
| Nighthawk r2 | 120 qubit programmabili, 458 fisici, oltre 7.500 operazioni e fino a 100.000 campioni al secondo. |
| Nighthawk r3 | 520 qubit programmabili, 2.034 fisici, 10.000 operazioni e 10 l-couplers. |
| Sistema previsto per il 2027 | Due processori r3 collegati, per un totale di 1.040 qubit. |
La differenza di scala tra r2 e r3 è notevole: il modello precedente opera con 120 qubit programmabili e il nuovo, secondo IBM, con 520. L’azienda descrive r3 come un ampliamento della rapida architettura di r2, non come un cambio di approccio. In queste comunicazioni non ha annunciato una data di disponibilità di r3 diversa dal piano di collegare due unità nel 2027.
La velocità di r2, nei test di clienti e partner
Il precedente immediato è Nighthawk r2, presentato a settembre. IBM afferma che offre fino a 100.000 campioni al secondo e supporta calcoli precisi con oltre 7.500 operazioni su 120 qubit. La sua tecnologia di reset rapido riduce l’intervallo tra le esecuzioni dei circuiti, consentendo di raccogliere i milioni o miliardi di campioni necessari ad alcune applicazioni.
Secondo IBM, E.ON, Algorithmiq e Q-CTRL hanno eseguito complessivamente 34 miliardi di circuiti su r2, ottenendo miglioramenti delle prestazioni fino a 19 volte e mantenendo la qualità richiesta per i calcoli scientifici. L’azienda cita anche Quantum Elements e ParityQC tra i partner che hanno comunicato miglioramenti nei rispettivi carichi di lavoro.
Tra i risultati specifici, E.ON ha riferito un’accelerazione di 15 volte in un’attività di machine learning quantistico per ottimizzare le reti energetiche. IBM, da parte sua, ha ottenuto un miglioramento di 12 volte in un esperimento condotto con Oak Ridge National Laboratory per simulare materiali magnetici reali; i risultati erano coerenti con gli esperimenti di diffusione dei neutroni. Entrambi i confronti sono stati effettuati rispetto a lavori precedenti con IBM Quantum Heron.
IBM segnala inoltre che un esperimento di Algorithmiq su un materiale quantistico eterogeneo è stato eseguito su r2 otto volte più velocemente che su Heron. Per raggiungere una precisione comparabile, secondo le stime di IBM i metodi classici basati su reti tensoriali richiederebbero 240 volte più memoria rispetto all’implementazione originale. IBM indica che i circuiti e i risultati degli esperimenti di vantaggio quantistico pubblicati a luglio sono disponibili per test indipendenti tramite Quantum Advantage Tracker, un’iniziativa guidata dalla comunità.
“Il calcolo quantistico utile dipende dalla possibilità di fornire risultati con accuratezza e velocità: entrambe sono fondamentali,”
— Jay Gambetta, direttore di IBM Research e IBM Fellow
IBM integra i calcoli classici con quelli quantistici
La strategia non si limita al processore. IBM sta riunendo il calcolo quantistico e il calcolo classico ad alte prestazioni (HPC) in un ambiente gestito, IBM Quantum Platform. Gli utenti possono integrare flussi di lavoro quantistici con risorse classiche che vanno da un laptop a un supercomputer, oltre alle risorse HPC e classiche ora offerte dalla piattaforma.
Secondo IBM, l’integrazione risponde alle esigenze dei carichi di lavoro che combinano correzione e mitigazione degli errori quantistici, apprendimento del rumore e post-elaborazione classica. Per offrire ai ricercatori un maggiore controllo, la piattaforma mette a disposizione anche funzioni a livello di impulso, che consentono di regolare le operazioni, resettare i qubit più rapidamente ed estrarre più informazioni dalle misurazioni.
IBM ha comunicato due esempi di utilizzo di questo ambiente. I suoi scienziati e quelli di RIKEN hanno eseguito un flusso di lavoro di diagonalizzazione quantistica basata su campioni circa cinque volte più rapidamente e hanno effettuato 100 volte più calcoli rispetto allo studio originale. Cleveland Clinic e RIKEN hanno elaborato automaticamente 608 milioni di campioni per modellare strutture biologicamente rilevanti, 33 volte più rapidamente rispetto a un flusso di lavoro non automatizzato.
L’azienda ha inoltre creato una piattaforma di co-sviluppo per la ricerca sulla correzione degli errori quantistici insieme a Oak Ridge National Laboratory e AMD. Il sistema colloca Nighthawk accanto a Umbra, il sistema HPC di Oak Ridge, dotato di GPU AMD Instinct MI355X e CPU AMD EPYC di quinta generazione. L’obiettivo annunciato è progettare algoritmi di correzione degli errori che sfruttino congiuntamente le risorse quantistiche e classiche.
Da Nighthawk a Starling, l’obiettivo del 2029
Il collegamento di due r3 nel 2027 fa parte di una roadmap più ampia. IBM prevede che Starling arrivi nel 2029 come il suo primo computer quantistico fault-tolerant. L’azienda collega il progetto a circuiti fino a 100 milioni di operazioni e a un’architettura modulare che richiederà oltre 100 interconnessioni l-coupler operanti in modo coordinato.
In un post di IBM Quantum dedicato alla conferenza per sviluppatori del 2026, l’azienda ha descritto Starling come un sistema che dovrà eseguire circuiti utili in pochi minuti anziché in mesi. Lo stesso post illustra i lavori paralleli su componenti quali memoria, decodificatori, interconnessioni, criogenia ed elettronica di controllo. In questo contesto, r3 e i suoi collegamenti tra chip rappresentano un passo nel percorso verso macchine più grandi delineato da IBM, non l’arrivo di un sistema fault-tolerant.
IBM ha presentato Nighthawk r3 l’11 novembre e prevede che la prossima dimostrazione di scalabilità consista nell’unione di due processori nel 2027. L’annuncio non indica una data di disponibilità del singolo processore; la tappa con una data è il sistema combinato da 1.040 qubit.
Fonti: europapress.es, IBM Newsroom, IBM Quantum, StorageReview
