IBM ha completato il collegamento e il raffreddamento di due moduli criogenici all’interno di un unico ambiente operativo, raggiungendo una delle tappe previste per la realizzazione di sistemi quantistici modulari su larga scala. La nuova architettura è stata progettata per creare un’infrastruttura condivisa, espandibile e mantenuta a temperature estremamente basse, capace in prospettiva di collegare centinaia di chip quantistici all’interno dello stesso sistema. Il progetto rappresenta uno degli elementi hardware necessari per arrivare a IBM Quantum Starling, il computer quantistico fault-tolerant che IBM prevede di realizzare nel 2029.
I primi due moduli operativi, una volta combinati, superano gli otto piedi sia in altezza sia in larghezza, equivalenti a oltre 2,4 metri per lato. Nei test iniziali il sistema è riuscito a portare contemporaneamente entrambi i moduli fino a 4 kelvin, la temperatura approssimativa dell’elio liquido, in meno di cinque giorni, per poi scendere poco dopo sotto i 15 millikelvin. Si tratta di una temperatura più di 180 volte inferiore rispetto a quella dello spazio profondo e necessaria per mantenere in condizioni operative i qubit superconduttivi utilizzati dai processori quantistici IBM.
Uno degli elementi centrali della nuova architettura riguarda lo spazio disponibile per il cablaggio. L’involucro sottovuoto di ciascun modulo offre fino a dodici volte più spazio per i collegamenti rispetto ai sistemi quantistici IBM più diffusamente utilizzati oggi. Questo aumento della capacità di cablaggio serve a creare un numero molto maggiore di connessioni sia all’interno del singolo modulo sia tra moduli differenti, requisito fondamentale quando il sistema deve passare da un singolo processore a una rete composta da più chip quantistici che lavorano insieme.
IBM ha adottato per questi moduli una struttura di forma sostanzialmente rettangolare, pensata per consentire a più unità di essere collocate una accanto all’altra in file compatte. Lo spazio aggiuntivo viene utilizzato anche per collegare direttamente i processori quantistici tramite la tecnologia proprietaria L-coupler. Gli L-coupler sono dispositivi che permettono a chip quantistici separati di scambiarsi informazioni e di operare come parti di un’unica macchina più grande, superando quindi il limite fisico rappresentato dalle dimensioni di un singolo processore.
Questa capacità di collegamento è direttamente connessa alla roadmap hardware di IBM. Entro il 2027 l’azienda prevede di utilizzare gli L-coupler per unire più processori e creare un computer quantistico con almeno 1.000 qubit programmabili, cioè qubit direttamente utilizzabili per eseguire calcoli. Per preparare questa fase, IBM installerà all’interno dei nuovi moduli criogenici i processori IBM Quantum Nighthawk entro la fine del 2026, utilizzandoli per ampliare i test sulle prestazioni operative dell’infrastruttura.
Il progetto è destinato a crescere ulteriormente con Starling. Quando il sistema verrà realizzato nel 2029, IBM prevede che ciascun modulo criogenico possa ospitare migliaia di qubit. L’architettura criogenica dovrà quindi sostenere non solo un numero molto maggiore di processori e collegamenti, ma anche l’infrastruttura necessaria alla correzione degli errori quantistici, elemento indispensabile per costruire un computer realmente fault-tolerant.
Starling è infatti progettato come sistema quantistico corretto dagli errori, capace di mantenere l’informazione quantistica sufficientemente stabile anche durante l’esecuzione di circuiti molto lunghi. La strategia di IBM combina per questo obiettivo diversi elementi: nuovi codici di quantum error correction, progettazione dei processori, sistemi di decoding e un’architettura hardware modulare. Il nuovo schema di correzione degli errori presentato dall’azienda è stato sviluppato per ridurre significativamente il numero di risorse fisiche necessarie per ottenere qubit logici affidabili, evitando di dover aumentare in maniera eccessiva il numero di qubit fisici richiesti per ciascun qubit corretto.
Nel percorso verso Starling, IBM ha già dimostrato diversi componenti hardware fondamentali e ha lavorato su tecniche di decoding più efficienti per la correzione degli errori. I nuovi moduli criogenici intervengono invece sul problema della scalabilità fisica del sistema, perché permettono di aumentare progressivamente il numero di processori mantenendoli all’interno dello stesso ambiente ultrafreddo e creando collegamenti diretti fra i diversi chip.
La modularità modifica anche il modo in cui IBM può sviluppare e testare l’infrastruttura. Tre componenti essenziali dell’ambiente IBM Quantum System Two sono stati integrati nella nuova architettura in modo da poter essere sottoposti separatamente a test, modifiche e miglioramenti. Questo consente di intervenire su una parte specifica del sistema senza dover riprogettare l’intera infrastruttura criogenica e rende più rapido il processo di iterazione sull’hardware.
Il collegamento dei primi due moduli dimostra quindi il funzionamento iniziale dell’architettura fisica che IBM intende utilizzare per aumentare progressivamente le dimensioni dei propri sistemi quantistici. La roadmap prevede una prima estensione attraverso i processori Nighthawk e un sistema da almeno 1.000 qubit programmabili entro il 2027, per arrivare nel 2029 a Starling, dove infrastruttura criogenica modulare, collegamenti chip-to-chip, correzione degli errori, decoding e progettazione dei processori dovranno operare insieme all’interno di un unico sistema fault-tolerant.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)