No final de 2015, os líderes de equipe, IBM Emérito e Vice-presidente, Jay Gambetta e Jerry Chow, agora Diretor de Desenvolvimento de Hardware Quantum, com o apoio da comunidade científica, propuseram "hospedar" um processador quântico na nuvem. Para chegar a essa etapa qualitativamente nova, foram necessários meses de trabalho conjunto de representantes de vários continentes, visando desenvolver o ecossistema global da computação quântica.
Por exemplo, o especialista em software em nuvem Ismael Faro foi convidado para o grupo de trabalho para desenvolver o núcleo da plataforma e a interface do usuário. O grupo também foi acompanhado pelo designer Carl De Torres, que trabalhou na aparência do aplicativo. O grupo de trabalho queria se concentrar em um dispositivo de cinco qubit. Operações matemáticas chamadas de portas quânticas vinculavam qubits a circuitos quânticos. Os diagramas mostrando circuitos e portões pareciam notas musicais em uma pauta. Portanto, a equipe queria uma interface que lhes permitisse "compor" intuitivamente esses esquemas. Em alguns dias de folga, Faro, que não tinha experiência anterior com dispositivos quânticos, preparou um protótipo de uma página da web e aplicativo - e isso acabou sendo exatamente o que o grupo de trabalho queria.
Um mock-up do conceito de plataforma IBM Quantum Experience, criado em janeiro de 2016 (Foto: Ismael Faro)
No entanto, criar o frontend foi apenas parte do quebra-cabeça. O grupo precisava pensar totalmente no ambiente de trabalho - como os usuários interagem com o aplicativo, quais funções e portas eles podem ver, como os usuários enviarão tarefas para o back-end, como converter tarefas em um montador quântico compreensível por dispositivos quânticos de hardware e como enfileirar milhares de trabalhos possíveis para um único dispositivo.
O hardware também teve que ser preparado. Dada a linha do tempo, o grupo decidiu não criar um dispositivo totalmente novo, mas trabalhar com o melhor processador quântico que já tinha à disposição.
A computação quântica fica online
Os computadores quânticos supercondutores consistem em uma placa de circuito impresso com componentes eletrônicos supercondutores programados por pulsos de micro-ondas. Esses processadores estão localizados e conectados aos componentes eletrônicos de controle dentro de um refrigerador criogênico do tamanho de um balde. O refrigerador garante que os qubits retenham suas propriedades supercondutoras e sejam expostos a ruído térmico mínimo ou vibração causada pelo excesso de calor. No entanto, qualquer perturbação - mesmo as vibrações diárias de um edifício - podem fazer com que os qubits descohereem, ou seja, "esquecem" a informação quântica programada.
O pesquisador da IBM Quantum Computing, Antonio Corcoles, trabalha em um tablet no IBM Quantum Lab ao lado de uma geladeira criogênica aberta
O pesquisador Antonio Córcoles está envolvido na calibração dos dispositivos para que os qubits respondam corretamente aos estímulos de entrada e mantenham os valores especificados por tempo suficiente para realizar os cálculos. Sua equipe otimizou as configurações de fiação criogênica para obter a melhor coerência de qubit e velocidade de válvula.
Uma vez que o comportamento dos qubits se estabilizou, os pesquisadores precisaram ter certeza de que seu desempenho era reproduzível e que as portas estavam entregando os resultados esperados. Além disso, era necessário fornecer calibração automática dos dispositivos duas vezes ao dia. O grupo tinha que garantir o desempenho do dispositivo para os usuários e eliminar as falhas resultantes, bem como antecipar quaisquer problemas que pudessem surgir para usuários não familiarizados com as limitações dos dispositivos quânticos.
O sistema IBM Quantum Experience (agora chamado de IBM Quantum ) foi lançado em 4 de maio de 2016. O gotejar rapidamente se transformou em um fluxo tempestuoso: na primeira semana, 7 mil usuários se inscreveram para trabalhar com o IBM Quantum Experience e, no final da segunda, o número ultrapassava 17 mil.
O layout de um dispositivo IBM com cinco qubits supercondutores (Crédito: IBM)
Talvez as lições mais importantes tenham sido aprendidas nos primeiros meses após o lançamento. A equipe analisou centenas de avaliações de usuários e rastreou suas próprias correções para melhorar a experiência e agilizar o processo de colocar mais dispositivos quânticos em produção. Enquanto os funcionários usavam o canal Slack para consertar bugs individuais em solicitações individuais, o trabalho era buscado ativamente para encontrar soluções mais permanentes. Isso foi feito para que a equipe pudesse voltar a desenvolver um novo hardware, em vez de atuar como um serviço de suporte técnico para uma frota crescente de processadores.
“Acho que o lançamento inicial foi extremamente importante”, diz Korkoles. “Mas a escala do trabalho que fizemos agora é incrível. Trouxemos dezenas de dispositivos para a nuvem e os disponibilizamos para desenvolvedores em todo o mundo, muitas vezes gratuitamente. ”
A IBM aprendeu como criar dispositivos quânticos estáveis, colocá-los online e automatizar alguns dos experimentos mais importantes, incluindo aqueles relacionados à calibração de dispositivos. “Para ser honesto, colocar um computador quântico na nuvem exigiu uma revisão completa de nosso pensamento”, explica Jay Gambetta, IBM Fellow e Vice-presidente de Quantum Computing. "Vemos esses dispositivos não como objetos de experimentos de laboratório, mas como sistemas."
Fatos e figuras
O sistema de computação em nuvem IBM Quantum Experience oferece suporte a uma variedade de sistemas quânticos que foram disponibilizados para pesquisadores, empresas e a comunidade Open Source ativa por meio do IBM Quantum Composer , IBM Quantum Lab e Qiskit .
Hoje, mais de 325 mil usuários estão cadastrados na plataforma IBM Quantum. Todos os dias, milhares de desenvolvedores executam pelo menos dois bilhões de circuitos quânticos em computadores quânticos IBM e agora são ajudados pelo kit de desenvolvimento de software de código aberto Qiskit.
- Número de usuários registrados:> 325 mil
- Downloads Qiskit:> 650k
- Artigos científicos publicados usando IBM Quantum:> 700
- Número de organizações na rede comercial IBM Quantum:> 140
- Circuitos quânticos executados:> 2 bilhões por dia
Assista ao material original em inglês com detalhes adicionais e ouça um podcast apresentando o vencedor russo do Quantum Challenge.