Computação quântica 101: Processador Eagle

A título de curiosidade (e complemento do texto anterior de introdução à computação quântica), coloco ao final desse post o link do vídeo da montagem do Eagle, o novo processador de 127 Qbits da IBM. O Eagle foi desenvolvido em parceria com a Universidade de Tóquio. A escolha do Japão não foi por acaso, SONY, Toshiba, Toyota, Hitachi, dentre outras empresas japonesas, estão investindo pesado em pesquisa científica em computação quântica, sobretudo para a produção de hardwares. Proximidade geográfica, nesse caso, é essencial para acelerar as inovações necessárias em Qbits supercondutores.

A quantidade de Qbits (127) também é uma marco. Lembrem-se que para simular esses Qbits em Cbits são necessários 2^N, nesse caso 2^127. Mais ou menos 1.7014118e+38 Cbits. O número está escrito em notação científica. A previsão para ligar o computador é 16 de novembro de 2021 (data também conhecida como hoje), durante o IBM Quantum Summit 2021, embora ainda demore mais um pouquinho para que seja disponibilizado via API (possivelmente ao final desse mês). Para o fim de 2022 está previsto um processador de 400 Qbits (processador Osprey) e para o final de 2023 um de 1.000 Qbits (processador Condor). Uma das inovações do novo processador é o cabeamento. Processadores quânticos exigem um cabeamento direcionado para fora, até suas bordas. O Eagle, no entanto, possui uma integração 3D que nos permite colocar determinados componentes do circuito de micro-ondas e fiação em vários níveis físicos. Isto ganha superfície para a máquina, abrindo mais espaço para inclusão de Qbits.

Também há inovação quanto ao posicionamento do resfriamento criogênico. Manter um computador quântico não é trivial, para resfriar o processador e colocar os Qbits em superposição é preciso manter uma temperatura próxima ao zero absoluto ( -460F ou -273C). Para tal, é usada uma mistura de isótopos de hélio. Foi criada uma plataforma, com design hexagonal, para aumentar o espaço dentro do refrigerador. Esta foi uma grande sacada porque permite espaço adicional para a inclusão, no futuro, de mais hardwares de suporte, que os processadores Osprey e Condor necessitarão, ao mesmo tempo que dá bastante espaço para os engenheiros fazerem a manutenção do dispositivo.

Para finalizar, o desenvolvimento do Eagle gerou como spin-off a criação de uma nova medida de desempenho de computação quântica, o CLOPS (Circuit Layer Operations per Second), que inclui a taxa de repetição do processador quântico, a velocidade com que os quantum gates funcionam, a compilação do tempo de execução, a quantidade de tempo que leva para gerar as instruções de controle clássicas (com os Cbits) e, finalmente, a taxa de transferência de dados entre todas as unidades.