Komputasi Kuantum IBM 2025-2029: Perlombaan Menuju Keunggulan Kuantum yang Toleran terhadap Kesalahan

Komputasi Kuantum IBM 2025-2029: Perlombaan Menuju Keunggulan Kuantum yang Toleran terhadap Kesalahan

Prosesor Quantum Nighthawk yang revolusioner dari IBM merupakan lompatan besar menuju keunggulan kuantum (Sumber: IBM Research / Tom's Hardware)

Ringkasan Eksekutif

IBM berdiri di garis depan revolusi komputasi kuantum yang menjanjikan untuk secara fundamental mengubah cara kita pendekatan kita terhadap tantangan komputasi. Dengan peluncuran prosesor IBM Quantum Nighthawk baru-baru ini dan komprehensif yang mencakup hingga tahun 2029, perusahaan ini telah menggariskan jalur ambisius dari utilitas kuantum saat ini demonstrasi hingga komputer kuantum yang tahan terhadap kesalahan yang mampu menjalankan sirkuit dengan 100 juta gerbang.

Perjalanan ini meliputi inovasi perangkat keras yang inovatif, pengembangan perangkat lunak yang revolusioner melalui Qiskit, kemitraan strategis dengan para pemimpin industri seperti Cisco, dan pembentukan manufaktur canggih manufaktur canggih yang memposisikan IBM sebagai pemimpin yang jelas dalam perlombaan menuju keunggulan kuantum.

Awal dari Keunggulan Quantum

Lanskap komputasi kuantum telah mencapai momen penting. Para peneliti IBM dan mitra global mereka sekarang mendemonstrasikan sirkuit kuantum yang menantang kemampuan superkomputer klasik, menandai awal dari apa yang para ahli sebut sebagai "era keunggulan kuantum." [1]

Pada Konferensi Pengembang Quantum baru-baru ini, IBM meluncurkan tiga eksperimen kandidat yang berbeda untuk kuantum keuntungan, mencakup estimasi yang dapat diamati, algoritme variasi, dan masalah dengan verifikasi. Untuk memastikan validasi yang ketat terhadap kemajuan ini, IBM telah bermitra dengan Algorithmiq, para peneliti di Flatiron Institute, dan BlueQubit untuk meluncurkan sebuah pelacak keunggulan kuantum yang terbuka dan dipimpin oleh komunitas.

"Kami percaya bahwa IBM adalah satu-satunya perusahaan yang memiliki posisi untuk menciptakan dan meningkatkan perangkat lunak kuantum dengan cepat, perangkat keras, fabrikasi, dan koreksi kesalahan untuk membuka aplikasi-aplikasi yang transformatif," kata Jay Gambetta, Direktur IBM Research dan IBM Fellow. [1]

IBM Quantum Nighthawk: Arsitektur untuk Keunggulan

Peneliti IBM memegang prosesor kuantum Nighthawk, yang menampilkan 120 qubit dalam kisi persegi yang revolusioner desain

Prosesor IBM Quantum Nighthawk mewakili pergeseran paradigma dalam desain arsitektur kuantum. Dibangun di sekitar a Topologi kisi persegi 120-qubit, Nighthawk menggabungkan 218 skrup tunable generasi berikutnya - signifikan meningkat dari 176 skrup IBM Quantum Heron. [2]

Konektivitas yang ditingkatkan ini memungkinkan sirkuit dengan kompleksitas 30% yang lebih besar daripada prosesor IBM sebelumnya mempertahankan tingkat kesalahan yang rendah yang penting untuk aplikasi keunggulan kuantum. Desain kisi persegi memastikan bahwa setiap qubit terhubung langsung ke empat tetangga terdekat, dibandingkan dengan dua atau tiga koneksi yang tersedia dalam desain kisi hex yang berat.

Spesifikasi Teknis

Peta jalan Nighthawk melampaui kemampuan 5.000 gerbang awal yang akan diluncurkan pada tahun 2025. IBM memproyeksikan jumlah gerbang akan mencapai 7.500 gerbang pada akhir tahun 2026, 10.000 gerbang pada tahun 2027, dan pada akhirnya 15.000 gerbang dua qubit pada tahun 2028. Ketika dikombinasikan dengan l-coupler untuk konektivitas antar-modul, sistem berbasis Nighthawk dapat mendukung lebih dari 1.000 qubit yang terhubung.

IBM Quantum Loon: Cetak Biru untuk Toleransi Kesalahan

Prosesor IBM Quantum Loon mendemonstrasikan semua komponen perangkat keras utama yang diperlukan untuk komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan komputasi kuantum

Berjalan paralel dengan jadwal pengembangan Nighthawk, IBM Quantum Loon berfungsi sebagai prosesor prosesor pembuktian konsep yang mendemonstrasikan semua komponen penting yang diperlukan untuk komputasi kuantum komputasi kuantum (FTQC). Prosesor 112-qubit ini memvalidasi fondasi arsitektur yang diperlukan untuk kuantum kode pemeriksaan paritas densitas rendah (qLDPC). [3]

Loon menggabungkan beberapa teknologi terobosan, termasuk c-coupler yang memungkinkan koneksi jarak jauh antara qubit yang jauh dalam chip yang sama, beberapa lapisan perutean berkualitas tinggi, dan kemampuan pengaturan ulang qubit yang penting untuk protokol koreksi kesalahan. Inovasi-inovasi ini membentuk fondasi teknis untuk bivariat IBM bivariat IBM, yang mengurangi overhead qubit fisik hingga 90% dibandingkan dengan kode permukaan.

Tampilan close-up IBM Quantum Loon yang menunjukkan c-coupler yang memungkinkan koneksi qubit jarak jauh di dalam chip (Sumber: IBM Research)

Peta Jalan Menuju Starling yang Toleran terhadap Kesalahan

Rendering artis dari sistem IBM Quantum Starling, komputer kuantum pertama dari IBM yang tahan terhadap kesalahan

Sistem Starling merupakan puncak dari penelitian komputasi kuantum IBM yang toleran terhadap kesalahan. Berdasarkan pada terobosan kode sepeda bivariat perusahaan yang dipublikasikan di Nature, Starling akan mengimplementasikan modular yang menggunakan unit pemrosesan logis dan adaptor universal untuk mencapai skala komputasi yang belum pernah ada sebelumnya. [4]

Evolusi Qiskit: Perangkat lunak untuk Quantum Advantage

Kemajuan perangkat keras saja tidak dapat memberikan keunggulan kuantum - mereka harus dipasangkan dengan kemampuan perangkat lunak yang sama canggihnya. Qiskit SDK sumber terbuka IBM terus menetapkan standar untuk pemrograman kuantum, dengan versi 2.2 memberikan peningkatan kinerja yang mengerdilkan platform pesaing.

Benchmark terbaru menunjukkan bahwa Qiskit SDK v2.2 mentranspile sirkuit kuantum 83 kali lebih cepat daripada alternatif alternatif seperti Tket 2.6.0. Keunggulan kinerja ini menjadi sangat penting ketika berhadapan dengan sirkuit kompleks yang diperlukan untuk aplikasi keunggulan kuantum. [5]

Inovasi Perangkat Lunak Utama

C API dan Integrasi HPC: Qiskit v2.x memperkenalkan API C yang memungkinkan integrasi asli dengan lingkungan komputasi berkinerja tinggi. Antarmuka C++ yang baru memungkinkan beban kerja kuantum-klasik berjalan secara efisien di seluruh infrastruktur komputasi terdistribusi.

Sirkuit Dinamis dalam Skala Besar: Anotasi sirkuit tingkat lanjut memungkinkan sirkuit dinamis skala utilitas yang menggabungkan operasi klasik selama eksekusi kuantum. Kemampuan ini menghasilkan hingga 25% lebih akurat hasil sekaligus mengurangi persyaratan gerbang dua qubit sebesar 58%.

Mitigasi Kesalahan Tingkat Lanjut: Alat-alat baru seperti Samplomatic dan eksekutor primitif memungkinkan teknik mitigasi kesalahan canggih yang mengurangi overhead pengambilan sampel lebih dari 100 kali lipat dibandingkan dengan standar metode pembatalan kesalahan probabilistik. [6]

Pembaruan Peta Jalan Quantum 2025 IBM menguraikan jalan menuju keunggulan kuantum dan toleransi kesalahan

Kemitraan IBM-Cisco: Jaringan Komputer Kuantum

Pada bulan November 2025, IBM dan Cisco mengumumkan kolaborasi terobosan untuk mengembangkan kemampuan komputasi kuantum terdistribusi jaringan. Kemitraan ini bertujuan untuk menghubungkan beberapa kuantum berskala besar dan toleran terhadap kesalahan kuantum berskala besar yang tahan terhadap kesalahan ke dalam jaringan komputasi terpadu pada awal tahun 2030-an. [7]

Kolaborasi ini menjawab salah satu tantangan penskalaan komputasi kuantum yang paling signifikan: bagaimana cara mencapai kekuatan komputasi yang melampaui apa yang dapat disediakan oleh sistem kuantum individual. Dengan membuat jaringan komputer kuantum, masalah yang membutuhkan triliunan gerbang kuantum menjadi layak secara teori.

Arsitektur Teknis

Unit Jaringan Kuantum (QNU): IBM akan mengembangkan antarmuka khusus yang mengubah informasi informasi kuantum dalam unit pemrosesan kuantum (QPU) menjadi informasi kuantum "terbang" yang dapat ditransmisikan melalui koneksi jaringan.

Transduser Optik Gelombang Mikro: Perangkat ini akan memungkinkan transmisi keadaan kuantum yang lebih lama yang lebih jauh, yang berpotensi menghubungkan komputer kuantum di berbagai gedung atau pusat data.

Intelijen Jaringan: Kerangka kerja jaringan kuantum Cisco akan secara dinamis mengkonfigurasi ulang jaringan dan mendistribusikan sumber daya keterikatan sesuai permintaan untuk mendukung algoritme kuantum yang kompleks.

Kemitraan ini menargetkan demonstrasi bukti konsep awal pada tahun 2030, dengan tujuan akhir membangun teknologi dasar untuk internet kuantum pada akhir tahun 2030-an.

Fabrikasi 300mm: Manufaktur dalam Skala Besar

Peneliti IBM memegang wafer 300mm yang berisi beberapa prosesor kuantum Nighthawk

Transisi IBM ke fabrikasi wafer 300mm di Albany NanoTech Complex mewakili perubahan mendasar dalam kemampuan manufaktur prosesor kuantum. Fasilitas canggih ini memungkinkan IBM untuk menggandakan penelitian dan kecepatan pengembangan sekaligus meningkatkan kompleksitas chip hingga sepuluh kali lipat. [8]

Proses fabrikasi 300mm menggabungkan perkakas semikonduktor mutakhir dengan keahlian kuantum IBM, yang memungkinkan beberapa iterasi desain untuk dilanjutkan secara paralel. Pendekatan ini telah memangkas waktu pengembangan prosesor setidaknya setengahnya sekaligus mendukung arsitektur kompleks yang diperlukan untuk komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan.

Fasilitas ruang bersih 300mm di NY Creates' Albany NanoTech Complex di mana prosesor kuantum IBM dibuat

Dekoder RelayBP: Koreksi Kesalahan Waktu Nyata

Komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan memerlukan kemampuan koreksi kesalahan waktu nyata yang dapat memecahkan kode sindrom informasi lebih cepat daripada akumulasi kesalahan. Dekoder RelayBP IBM merupakan terobosan dalam hal yang sangat penting ini teknologi, mencapai kecepatan decoding kurang dari 480 nanodetik - sekitar 10 kali lebih cepat dari yang terdepan pendekatan alternatif. [9]

Algoritme RelayBP dirancang khusus agar akurat, cepat, ringkas, dan cukup fleksibel untuk implementasi pada field-programmable gate array (FPGA) atau sirkuit terintegrasi khusus aplikasi (ASIC). Pencapaian ini diselesaikan satu tahun lebih cepat dari jadwal awal IBM, yang menunjukkan kemampuan perusahaan untuk melampaui komitmen peta jalannya.

Poughkeepsie: Warisan Inovasi Komputasi

Render pusat data Poughkeepsie IBM yang menampilkan sistem kuantum saat ini dan komputer Starling di masa depan

Fasilitas IBM Poughkeepsie meneruskan warisan inovasi komputasi selama lebih dari delapan dekade. Sejak didirikan pada tahun 1941, tempat bersejarah ini telah menjadi rumah bagi pengembangan terobosan termasuk IBM 701 (komputer komersial pertama perusahaan pada tahun 1952), seri mainframe System/360 yang revolusioner, dan komputer kuantum tercanggih saat ini.

IBM Quantum Data Center yang ada di Poughkeepsie saat ini menjadi tempat bagi komputer kuantum paling kuat di dunia terkuat di dunia yang dapat diakses melalui IBM Quantum Platform. Pada tahun 2029, fasilitas ini akan menjadi tempat bagi sistem Starling, yang mewakili bab berikutnya dalam sejarah komputasi Poughkeepsie yang luar biasa. [4]

IBM Quantum System Two yang dipasang di pusat data Poughkeepsie, yang saat ini menjadi tempat bagi komputer kuantum tercanggih di dunia (Foto: IBM, 2025)

Pidato Kenegaraan Konferensi Pengembang Quantum IBM 2025

Garis Waktu dan Proyeksi Quantum Advantage