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Nova ferramenta da IBM permite que os usuários projetem chips quânticos em minutos

Novo Qiskit Metal deve apoiar pesquisadores que trabalham para melhorar qubits e acopladores ou para desenvolver novas tecnologias quânticas

Da Redação

24/03/2021 às 9h13

Foto: Adobe Stock

A IBM anunciou a disponibilidade geral do Qiskit Metal, plataforma de código aberto que automatiza partes do processo de design de chips quânticos. Segundo a IBM, agora, "qualquer um" poderá projetar um hardware quântico. A ferramenta foi anunciada pela primeira vez no ano passado como parte do portfólio Qiskit, que fornece ferramentas de código aberto para a criação de programas que podem ser executados em dispositivos quânticos baseados em nuvem da IBM.

“Qiskit Metal é a primeira ferramenta de automação de projeto eletrônico (EDA) especificamente para computadores quânticos, com o objetivo de ajudar a comunidade a inovar e projetar dispositivos quânticos supercondutores com facilidade e com suas próprias especificações usando componentes pré-construídos ou personalizados”, diz artigo assinado por pesquisadores da Qiskit.

Diferente da maioria dos recursos do Qiskit, que se concentram na construção de aplicativos que podem ser executados em máquinas quânticas, o Metal visa um novo público, fornecendo software para ajudar a projetar os componentes que constituem o próprio hardware, segundo publicação do site ZDNet.

O recurso permite que o usuário use componentes pré-construídos na plataforma para produzir chips de última geração para dispositivos quânticos supercondutores. Enquanto o processo tradicional, feito em laboratório manualmente leva meses para ser realizado, passando ainda por análises e revisões, com a ferramenta o processo poderá ser realizado em questão de minutos.

"Normalmente, você pega um aluno de pós-graduação como eu, você o coloca no laboratório por seis meses ou mais para projetar um chip, e sai um chip", disse Zlatko Minev, da equipe de pesquisa da IBM e Líder da Qiskit Metal, ao ZDNet. "Daria muito trabalho, era muito trabalhoso. Então, uma das coisas que eu queria era tornar isso mais fácil para mim quando cheguei à IBM, automatizando o processo".

Com o Qiskit Metal, o processo começa com a definição de alvos para o chip, como uma determinada frequência qubit ou entrelaçamento qubit-qubit; os usuários podem então projetar um layout inicial em poucos minutos, usando uma biblioteca de componentes quânticos predefinidos e personalizáveis.

O Qiskit Metal, então, realiza uma análise clássica automática para determinar as propriedades eletromagnéticas do dispositivo e, em seguida, uma análise quântica para retornar informações como o espectro eletrônico de energia do dispositivo. O usuário pode então comparar o resultado da análise quântica ao hamiltoniano alvo e ajustar conforme necessário, explicam os pesquisadores.

Testagem

Para auxiliar na testagem, a equipe da IBM contou com a parceria de pesquisadores experientes da Chalmers University of Technology, da Suécia. A equipe de pesquisadores criou seu chip de teste típico - um dispositivo que eles poderiam usar como referência para ver como algo projetado em Metal se compara aos dispositivos que a equipe havia projetado antes. Eles levaram 30 minutos para projetar o chip e talvez uma hora para executá-lo em um simulador, onde teve o desempenho esperado com base em experimentos.

O teste mais rigoroso, no entanto, ocorreu na Coréia do Sul, no início deste mês. De acordo com os pesquisadores da Qiskit, participantes com experiência em eletrodinâmica quântica (QED) ou pesquisadores que trabalharam no design de chips com software de simulação de alta frequência reuniram-se para se juntar a equipes focadas no Metal, e os organizadores ajudaram a garantir que cada grupo tivesse pelo menos uma pessoa que entendesse cada elemento do histórico material.

Em apenas 24 horas cada uma das três equipes projetou com sucesso um chip de dois qubit usando qubits supercondutores e ajustou os parâmetros para atingir as frequências alvo e anarmonicidade em suas simulações de dispositivo. Um dos grupos continuou em um dispositivo de três qubit ainda mais desafiador. Nenhum deles havia usado o Qiskit Metal anteriormente.

Uma parceria com a Universidade de Tóquio, no Japão, também produziu um processador quântico de cinco qubit, chamado Tsuru, em apenas algumas horas e por meio da WebEx.

Conforme Minev explicou ao ZDNet, o Metal não foi projetado para construir chips quânticos em grande escala para competir com os especialistas que atualmente desenvolvem computadores quânticos completos. Em vez disso, o objetivo da ferramenta é permitir que os usuários experimentem o design de hardware quântico e otimizem seus modelos de maneira que possam beneficiar todo o ecossistema.

"Se você está tentando construir dispositivos quânticos em grande escala, há muito mais coisas envolvidas nisso, não é uma tarefa fácil", diz Minev. "Metal é mais voltado para o projeto e prototipagem rápida e em pequena escala. A ideia é criar novos dispositivos e otimizar projetos, para impulsionar e melhorar as técnicas científicas".

A IBM espera que o Metal se torne acessível a usuários com pouco ou nenhum conhecimento de programação. “Muitos desafios no campo ainda precisam ser resolvidos”, diz Minev, “e não são necessários apenas físicos, mas também engenheiros e desenvolvedores de software, entre outros. Queremos oferecer um ponto de entrada para todas essas pessoas para poder se reunir por meio de uma interface fácil".

Como a computação quântica, o Metal está em seus estágios iniciais e Minev espera que, à medida que o campo cresce, a plataforma incorpore hardware quântico cada vez mais sofisticado e avanços de modelagem.

No entanto, a IBM avisou que os usuários poderão enfrentar bugs ainda a serem corrigidos e incentivou os usuários curiosos a experimentar a ferramenta, compartilhando feedback e críticas à medida que avançam com o restante do código aberto à comunidade.