Η IBM θέτει ορόσημο: Κβαντικοί υπολογιστές που ξεπερνούν τους κλασικούς το 2026

Στο Συνέδριο Κβαντικών Προγραμματιστών 2025 στη Νέα Υόρκη, η IBM ανακοίνωσε ένα πακέτο νέων επεξεργαστών, λογισμικού και τεχνικών διόρθωσης σφαλμάτων, βάζοντας σαφές χρονοδιάγραμμα, επαληθευμένο «κβαντικό πλεονέκτημα» μέχρι το τέλος του 2026 και κβαντικό υπολογιστή ανεκτικό σε σφάλματα μέχρι το 2029. Ως κβαντικό πλεονέκτημα ορίζεται το σημείο όπου ένας κβαντικός υπολογιστής λύνει ένα συγκεκριμένο πρόβλημα καλύτερα από όλες τις διαθέσιμες κλασικές μεθόδους, όχι απλώς σε θεωρητικό επίπεδο.

Στο επίκεντρο βρίσκεται ο IBM Quantum Nighthawk, ο νέος κβαντικός επεξεργαστής της εταιρείας. Διαθέτει 120 qubits, δηλαδή qubits (κβαντικά bits, η βασική μονάδα κβαντικής πληροφορίας), τα οποία είναι συνδεδεμένα σε τετραγωνικό πλέγμα με 218 tunable couplers. Οι couplers λειτουργούν ως στοιχεία σύζευξης μεταξύ qubits και είναι περίπου 20% περισσότεροι σε σχέση με τον προκάτοχο IBM Quantum Heron. Αυτό επιτρέπει την εκτέλεση κβαντικών κυκλωμάτων με έως και 30% μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, διατηρώντας παρόμοια ποσοστά σφάλματος.

Σύμφωνα με τον οδικό χάρτη που παρουσίασε η IBM, ο Nighthawk αναμένεται να είναι διαθέσιμος στους χρήστες μέχρι το τέλος του 2025 και θα μπορεί να εκτελεί κυκλώματα με περίπου 5.000 πύλες two qubit, τις βασικές πράξεις σύζευξης που απαιτούνται για κβαντικό υπολογισμό. Η εταιρεία στοχεύει να αυξήσει αυτό το όριο στις 7.500 πύλες το 2026 και στις 10.000 το 2027, ενώ μέχρι το 2028 μιλά για συστήματα που θα υποστηρίζουν έως 15.000 πύλες two qubit και πάνω από 1.000 συνδεδεμένα qubits, με χρήση συνδέσεων μεγάλης εμβέλειας επάνω στο ίδιο μικροτσίπ.

Για να παραμείνει το κβαντικό πλεονέκτημα υπό αυστηρό έλεγχο και να μην εξελιχθεί σε κενό σύνθημα, η IBM ανακοινώνει έναν ανοιχτό, κοινοτικά καθοδηγούμενο μηχανισμό παρακολούθησης επιδείξεων κβαντικού πλεονεκτήματος, σε συνεργασία με φορείς όπως η Algorithmiq, το Flatiron Institute και η BlueQubit. Το σύστημα ξεκινά με τρία πειράματα σε διαφορετικές κατηγορίες, εκτίμηση παρατηρήσιμων, παραλλαγές βελτιστοποίησης και προβλήματα που μπορούν να επαληθευτούν αποτελεσματικά με κλασικούς υπολογιστές, ώστε η ευρύτερη κοινότητα να μπορεί να συγκρίνει άμεσα κβαντικές και κλασικές προσεγγίσεις.

Στο επίπεδο λογισμικού, η IBM εστιάζει στο Qiskit, την πλατφόρμα κβαντικού προγραμματισμού που αναπτύσσει τα τελευταία χρόνια. Οι νέες δυνατότητες δυναμικών κυκλωμάτων προσφέρουν, σύμφωνα με τα στοιχεία που δόθηκαν, αύξηση ακρίβειας της τάξης του 24% σε πειράματα με πάνω από 100 qubits. Παράλληλα, η ενσωμάτωση τεχνικών μετριασμού σφαλμάτων σε περιβάλλοντα υψηλής υπολογιστικής απόδοσης μειώνει πάνω από 100 φορές το κόστος εξαγωγής αξιόπιστων αποτελεσμάτων, κάνοντας πιο ρεαλιστική τη συνδυασμένη χρήση κβαντικών και κλασικών υποδομών.

Η IBM επεκτείνει επίσης το Qiskit με νέο μοντέλο εκτέλεσης και διεπαφή C API, ενώ σχεδιάζει υποστήριξη C++, ώστε οι προγραμματιστές να μπορούν να ενσωματώνουν κβαντικά κυκλώματα σε υπάρχουσες πλατφόρμες υψηλής απόδοσης. Στόχος είναι μέχρι το 2027 να υπάρχουν βιβλιοθήκες για τομείς όπως η μηχανική μάθηση και η βελτιστοποίηση, με εφαρμογές σε διαφορικές εξισώσεις και προσομοιώσεις Χαμιλτονιανών συστημάτων, όπου η κλασική προσομοίωση είναι εξαιρετικά απαιτητική.

Παράλληλα με το κβαντικό πλεονέκτημα στον βραχυπρόθεσμο ορίζοντα, η IBM προβάλλει τον IBM Quantum Loon ως πειραματική πλατφόρμα για την επόμενη φάση, την κβαντική υπολογιστική με ανοχή σφαλμάτων. Ο Loon συγκεντρώνει σε ένα μικροτσίπ όλα τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για πρακτική διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων μεγάλης κλίμακας, όπως πολλαπλά επίπεδα δρομολόγησης χαμηλών απωλειών και συνδέσεις «c-couplers» που ενώνουν φυσικά απομακρυσμένα qubits, καθώς και την ικανότητα επαναφοράς qubits μεταξύ διαδοχικών υπολογισμών.

Στο κομμάτι της διόρθωσης σφαλμάτων, η εταιρεία αναφέρει ότι πέτυχε αποδοτική αποκωδικοποίηση σε πραγματικό χρόνο με κώδικες χαμηλής πυκνότητας qLDPC (Quantum Low-Density Parity-Check). Η αποκωδικοποίηση σφαλμάτων υλοποιείται σε κλασικό υλικό μέσα σε λιγότερο από 480 νανοδευτερόλεπτα, με περίπου δεκαπλάσια επιτάχυνση σε σχέση με προηγούμενες προσεγγίσεις. Το αποτέλεσμα αυτό, σύμφωνα με την IBM, επετεύχθη έναν χρόνο νωρίτερα από τον αρχικό σχεδιασμό και θεωρείται βασικό βήμα για την κλιμάκωση των qLDPC κωδίκων σε υπεραγώγιμα qubits υψηλής πιστότητας.

Για να υποστηρίξει αυτή την κλιμάκωση, η IBM μεταφέρει την κύρια παραγωγή των κβαντικών επεξεργαστών της σε γραμμή κατασκευής πλακιδίων πυριτίου διαμέτρου 300 χιλιοστών (300 mm) στο συγκρότημα Albany NanoTech. Η χρήση εξοπλισμού αιχμής για πλακίδια 300 mm επιτρέπει, σύμφωνα με την εταιρεία, διπλάσια ταχύτητα κύκλου σχεδιασμού και κατασκευής νέων επεξεργαστών, τουλάχιστον δεκαπλάσια αύξηση στη φυσική πολυπλοκότητα των κβαντικών μικροτσίπ και ταυτόχρονη ανάπτυξη πολλών διαφορετικών αρχιτεκτονικών πάνω στην ίδια παραγωγική βάση.

Συνολικά, οι ανακοινώσεις της IBM συνθέτουν ένα επιθετικό αλλά συνεκτικό χρονοδιάγραμμα, από την επιδίωξη επαληθευμένου κβαντικού πλεονεκτήματος μέσα στα επόμενα δύο χρόνια μέχρι την πρώτη γενιά κβαντικών υπολογιστών με ανοχή σφαλμάτων προς τα τέλη της δεκαετίας. Το αν αυτά τα ορόσημα θα επιτευχθούν στον δηλωμένο χρόνο θα εξαρτηθεί από το αν οι τεχνικές βελτιώσεις σε υλικό, λογισμικό και διόρθωση σφαλμάτων θα επιβεβαιωθούν στην πράξη και θα μεταφραστούν σε σαφή πλεονεκτήματα έναντι των κλασικών υπολογιστών σε πραγματικά προβλήματα.