IBM v květnu 2022 zveřejnila další kroky směrem k praktickému využití kvantových počítačů a plánuje vyrobit 4 000 qubitový systém.
Kvantové počítače budou řízeny inteligentním softwarem, novými modulárními propojenými procesory, aby se v krátkodobém horizontu dosáhlo výhod klasických počítačů společně s výkonem kvantových počítačů.
Runtime Qiskit má vývojářům zajistit vyšší dostupnost, jednoduchost a sílu kvantových výpočtů.
Základem pro superpočítače s kvantovými výpočty bude schopnost škálování, a to bez kompromisů v rychlosti a kvalitě.
Tři pilíře pro větší počet zapojených qubitů
Zrychlení cesty k rozšíření kvantových výpočtů zahrnuje detailní plány pro nové modulární architektury a sítě, které dovolí kvantovým systémům IBM zapojit větší počty qubitů – až stovky tisíc. Aby se zajistila rychlost a kvalita nezbytná pro praktické kvantové výpočty, IBM plánuje pokračovat v tvorbě inteligentního softwaru pro řídící vrstvu pro efektivní distribuci pracovní zátěže a odstínění infrastruktury její abstrakcí.
IBM pracuje na uvedení éry praktických kvantových výpočtů třemi pilíři, kterými jsou:
• Robustní a škálovatelný hardware
• Kvantový software pro řízení a zpřístupnění dostupných a výkonných kvantových programů
• Široký globální ekosystém pro organizace a komunity připravené na kvantové výpočty
Kontinuita vývoje
IBM původně ohlásila další vývoj už v roce 2020 a dosáhla v něm všech vytýčených cílů. Mezi ně patřil IBM Eagle, 127qubitový procesor s kvantovými obvody, který nemohl být na klasickém počítači spolehlivě a přesně simulován. Jeho architektura však položila základy pro procesory s mnohem vyšším počtem qubitů. IBM kromě toho 120krát zvýšila schopnost simulovat molekuly s runtimem Quiskit. Kontejnerizovala služby kvantových výpočtů a programovací model a porovnala je s předchozím experimentem z roku 2017. Ještě letos, v roce 2022, IBM očekává, že se jí podaří pokračovat v dosahování plánovaných cílů a uvést 433qubitový procesor IBM Osprey.
V roce 2023 hodlá IBM pokračovat s vývojem runtimu Quiskit a pracovat rovnou v cloudu, aby vývojářům poskytla jednoduchý a flexibilní přístup k jádru kvantového softwarového stacku bez nutnosti používat servery. Tento bezserverový přístup bude rovněž znamenat kritický krok k dosažení inteligentní a efektivní distribuci problémů napříč kvantovými a klasickými systémy. Na straně hardwaru IBM zamýšlí představit IBM Condor, který má být prvním univerzálním kvantovým procesorem s více než 1 000 qubity.
Představení modulárních kvantových výpočtů
IBM cílí ve svých nových plánech s kvantovými procesory na tři režimy škálovatelnosti.
První zahrnuje možnosti konstrukce hardwaru a propojení tak, aby komunikovaly klasickým způsobem a paralelizovaly operace napříč více procesory. To otevře cestu k širší sadě technik potřebných pro praktické kvantové systémy, jako například většímu snížení chyb a inteligentnímu řízení pracovních zátěží, díky společnému využití klasických výpočetních zdrojů společně s kvantovými procesory, jejichž velikost může růst.
Další krok v poskytnutí škálovatelné architektury zahrnuje nasazení vazebních členů krátkého dosahu na úrovni čipů. Tyto vazební členy úzce propojí více čipů dohromady, efektivně vytvoří jeden větší procesor, a představí základní prvek modularity, který je klíčem ke škálovatelnosti.
Třetí krok k dosažení opravdové škálovatelnosti zahrnuje poskytnutí kvantových komunikačních propojovacích kanálů mezi kvantovými procesory. IBM kvůli tomu navrhla kvantové komunikační linky pro vzájemné propojení clusterů do většího kvantového systému.
IBM si dala za cíl, že všechny tyto techniky pro dosažení škálovatelnosti mají být vylepšeny do roku 2025: procesor se 4 000 qubity postavený na více clusterech z modulárně škálovatelnými procesory.
Tvorba struktury superpočítání založeném na kvantových počítačích
V těsném závěsu za hardwarovým vývojem zahrnuje výhled IBM další softwarové milníky pro potlačení a zmírnění chyb. Současný pokrok, kterého bylo s těmito technikami dosaženo, zlepšuje schopnosti kvantového softwaru minimalizovat efekt šumu v uživatelských aplikacích a dláždí cestu k samoopravitelným kvantovým výpočetním systémům v budoucnosti.
Zkraje roku 2022 IBM uvedla primitivy Qiskit Runtime pro zapouzdření obvyklých kvantových hardwarových dotazů, použitých v algoritmech, do jednoduše použitelných rozhraní. V roce 2023 pak IBM plánuje tyto primitivy rozšířit společně s možnostmi, které je vývojářům dovolí spouštět na paralelizovaných kvantových procesorech, čímž zrychlí uživatelské aplikace.
Tyto primitivy posílí cíle IBM poskytnout Quantum Serverless do svého základního softwarového stacku v roce 2023, aby vývojářům umožnila snadno a flexibilně volit mezi kvantovými a klasickými zdroji. Součástí tohoto aktualizovaného plánu je, že Quantum Serverless také položí základ základní funkčnosti softwarového stacku IBM pro inteligentní kompromis a přepínání mezi klasickými a kvantovými zdroji, čímž vytvoří strukturu pro kvantově založené supervýpočty (quantum-centric).
Tyto nové kvantové výpočetní systémy, které si IBM dala za cíl, budou navrženy pro práci v rámci IBM Quantum Systém Two. Využitím modularity a flexibility do každé vrstvy technologického stacku nabídne IBM Quantum Systém Two infrastrukturu, potřebnou pro úspěšné propojení více kvantových procesorů. Prototyp tohoto systému má být spuštěn v roce 2023.
IBM Quantum Safe
Toto ohlášení také vyjadřuje odhodlání IBM posunout vedoucí pozici v kybernetické bezpečnosti na vyšší úroveň a chránit data proti hrozbám, které by se mohly objevit s očekávaným pokrokem v kvantových výpočtech. Existují značné obavy, že data, která jsou dnes považována za dostatečně chráněná, by mohla být už zašantročena a v případě krádeže využita budoucími protivníky pro vytěžování nebo následné dešifrování. Veškerá data – minulá, současná i budoucí – která nejsou kvantově zabezpečená, by se mohla jednoho dne ocitnout v ohrožení. Z toho vyplývá, že čím déle je odkládána migrace k bezpečným kvantově bezpečným výpočetním standardům, tím více se data stávají potenciálně nebezpečnými.
IBM je globálně domovem některých nejlepších kryptografických expertů, kteří vyvinuli kvantově bezpečná schémata, jež budou schopna poskytnut praktická řešení tohoto problému. IBM v současné době úzce spolupracuje s partnery z akademické sféry i z průmyslu, stejně jako s U. S. National Instutute of Standards and Technology (NIST), aby tato schémata přivedla do popředí technologií datové bezpečnosti.
IBM dále ohlásila nastupující portfolio kryptografických technologií a konzultačních expertíz IBM Quantum Safe, navržených pro ochranu nejhodnotnějších klientských dat v éře kvantových výpočtů.
Portfolio IBM Quantum Safe je zamýšleno pro pomoc klientům skrze poskytování:
• Vzdělání pro pochopení, co je v nové kryptografii odlišného od klasické, a co z toho pro organizace vyplývá. Služba IBM Quantum Safe Awarness poskytuje pravidelný tok strategických pohledů pro migraci k nové generaci kvantově bezpečné šifrování (quantum-safe).
• Strategické návody od IBM Consulting prostřednictvím workshopu IBM Quantum Safe Scope Garage. Tento nový program nabídne organizacím první krok návodů a školení pro nastavení priorit v iniciativách quantum-safe, přizpůsobených organizačním rizikům, strategii IT, dodavatelským řetězcům a operacím ekosystému.
• Hodnocení a odhalení rizik s využitím automatizace pro zajištění kryptografického inventáře, vzájemných závislostí a postojů k bezpečnosti. Například TSS zSystem Technical Services nabízí zSystem Quantum Safe Assesment, který organizacím dovoluje rychle jim porozumět vystavení útokům na šifrování založených na kvantových výpočtech.
• Migraci k agilnímu a kvantově bezpečnému šifrování, aby se organizacím zpřístupnily moderní a flexibilní vzory, jako například šifrovací služby. IBM proto postavila svůj první kvantově bezpečný mainframový systém z16.
IBM si u tohoto materiálu vyhrazuje, že její budoucí směry a zájmy jsou předmětem změn nebo odvolání bez ohlášení a představují pouze úkoly a cíle.
