基調講演:量子ユーティリティの時代へ
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IBMの2023 Quantum SummitはSystem Two、プロセッサのマイルストーン、Qiskitツールを紹介し、同社の量子ユーティリティへのアプローチを概説します。
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AI生成の要約
IBMの2023 Quantum Summit基調講演は、量子コンピューティングのためのハードウェア、ソフトウェア、システムのロードマップを提示します。登壇者はモジュール式のQuantum System Twoを紹介し、CondorプロセッサとHeronプロセッサの異なる目標について議論します。Qiskit、実行モード、再利用可能なプログラミングパターンが、ハードウェアの進歩とアプリケーションの構築・実行の取り組みを結びつけます。講演はまた、エラー抑制、緩和、そして誤り訂正に向けた長期的な道筋も扱います。性能の数値と将来のマイルストーンはイベント時点でのIBMの主張と計画であり、リンクされたチャプターがその元の文脈と但し書きを提供します。
要点
- [9:50] Quantum System Twoは、継続的なスケーリングのために設計されたモジュール式アーキテクチャとして紹介されます。
- [27:02] Qiskitは量子回路の作成、最適化、実行を結びつけます。
- [39:06] ロードマップの議論は、量子ビット数から有用な回路の品質と規模へと注目を広げます。
記録から生成されました。リンクされた箇所を元のビデオと照合してください。概要と要点はVidleafが2026-10-21に確認しました。
全体概要
IBM Researchのシニア・バイス・プレジデント兼ディレクターであるダリオ・ギルが、2023 Quantum Summitを開会し、AIから半導体、量子に至るコンピューティングが再び市場を動かし産業を生み出していると位置づけ、watsonXを含むIBMの急速な商用化のペースを指摘します。この講演は、2016年のプロセッサのクラウド搭載と2017年のQiskitから、IBM Quantum Network、Quantum Innovation Centers、2019年のIBM Quantum System Oneを経て、FalconからHummingbird、Eagle、Osprey、そして現在の1121量子ビットのCondorへと続く毎年のプロセッサのケイデンスに至るまで、IBMの量子のマイルストーンをたどります。IBMはヨークタウン・ハイツのTJ Watson Research Centerでモジュラー型のIBM Quantum System Twoを発表し、Watsonと生成AIを導入して量子システムとQiskitをより使いやすくすることを説明します。これには自然言語のプロンプトからQiskitコードを生成する初期プロトタイプも含まれます。サミットはユーティリティの新時代を宣言し、これは約2,500本の公開されたアプリケーション論文と、100量子ビット超および数百から数千のゲートを用いたユーティリティ実験によって裏付けられており、四年間で能力を千倍に高めた誤り抑制と誤り緩和の手法によって実現されました。続いてラジーブがハードウェアについて説明します。Condorは一マイル超の高密度フレックスIOとOspreyに匹敵するコヒーレンスによってシングルチップのスケーリングを推し進め、一方、調整可能なカプラを備えた133量子ビットチップのHeronは、最良のEagleの半分のゲート誤り率、スリー・ナインのフィデリティ、そしてクロストークのほぼ完全な排除を示します。Eagleは過去数年間で層状ゲートの誤りを約10%から2から3%の範囲へと低減し、一方Heronは長いチェーンにおける量子ビットあたりの誤りで3倍の改善を示し、次のバージョンでは80量子ビットと100量子ビットのチェーンを同じに見せることを目標としています。Heronのより短いゲート時間は5000ゲート以降への明確な道筋を与え、同様の誤り緩和を用いればEagleに対して3から6倍の改善となります。IBMは最初のクライアント向けHeronシステムであるIBM Torinoを発表します。これはニューヨークのデータセンターで探索用デバイスとして利用可能で、100量子ビットに対して長チェーンの誤り率が0.8%未満です。また来年のQiskit 1.0を、実行モードとQiskitパターン、新しいグロス低密度パリティ検査符号、新しいカプラとともに発表します。ロードマップは現在、量子ビット数ではなく回路あたりのゲート数を追跡し、2033まで拡張されます。IBM Quantum System Twoはモジュラー型でスケーリングを続けるように設計されていると説明され、最初のシステムにはすでに三台のHeronが含まれています。Heronは高性能システムと呼ばれ、ユーティリティのワークロードをすでに五倍良く実行すると言われ、一方Condorは単一量子ビットのスケーリングを解決したと評価されています。並列化と実行モードはバッチおよび反復的なワークロードをより速く実行すると期待され、IBMは量子アルゴリズムを簡素化し、QiskitパターンをQuantum Serverlessとともに導入しました。これは現在ベータ版で、はるかに安定していると説明されています。QiskitはQiskit 1.0になり、高速で安定していると説明されています。またIBMはAIを導入して量子コンピュータの実行を簡素化し、量子コードを自然言語で作成する方法や、現在アルファ版で利用可能なAIベースのトランスパイラサービスを含めています。IBMは誤り訂正を約束とする十年のロードマップを表明し、すべてのマイルストーンを達成したと述べ、量子ユーティリティの時代が到来したと宣言します。
タイムスタンプ付きの章の要約
2023 Quantum Summit 開会の挨拶
- [0:17] ダリオ・ギルが2023 Quantum Summitへ参加者を歓迎します。
- [0:24] ダリオ・ギルは自身をIBMのシニア・バイス・プレジデント兼IBM Researchのディレクターであると紹介します。
- [0:38] AIから半導体、量子コンピューティングに至るコンピューティングが、再び市場を牽引し産業を生み出しています。
- [0:56] ギルは、おそらく1940年代のデジタルコンピュータ以来、あるいは五十年代後半のトランジスタ以来となる、コンピューティングにおいて最もエキサイティングな時代だと信じています。
- [1:23] 今年はギルのIBMにおける20周年であり、同社は五年前と比べても大きく変わったと彼は述べています。
- [1:49] ギルは、今日ほど速いペースでIBMが技術を商用化するのを見たことがないと述べています。
- [2:06] 研究部門は自らを会社の有機的成長エンジンと呼び、R&Dのイノベーションを製品に取り入れることに注力しています。
- [2:44] IBMは、生成AIを企業や政府にもたらすプラットフォームであるwatsonXを、わずか数か月で商用化しました。
IBM Quantumのマイルストーンとユーティリティ時代
- [3:12] 講演者は数十年前に中核となる量子情報科学のアイデアを読んだこと、そしてそれらが現実になるのを見たことを回想します。
- [3:29] 2016年、IBMは最初の量子プロセッサをクラウドに搭載し、一週間で予想の五倍のメンバーを獲得しました。
- [3:43] それは量子コンピューティングが利用可能になった瞬間を示し、最終的には五十万人近くにまで達しました。
- [4:02] 2017年、IBMはオープンソースの量子SDKであるQiskitを導入し、これは最も広く使われる量子ソフトウェア開発環境となり、量子開発者の81%超と五十万人以上のユーザーに好まれています。
- [4:22] 同じ年、IBMはIBM Quantum Networkを立ち上げ、現在では280を超えるメンバーを擁しています。
- [4:35] 2018年、IBMはQuantum Innovation Centersを設立し、現在では世界中で38にまで成長しています。
- [4:45] 2019年、IBMは世界初の完全統合された商用利用可能な量子コンピュータと説明されるIBM Quantum System Oneを発表し、現在はドイツ、日本、カナダにあり、さらに設置が進んでいます。
- [5:12] IBMはここ数年を量子コンピューティングの出現の時代と呼び、業界の誰よりも多くの量子コンピューティング能力を開発し、より多くの人々の手に届けてきました。
- [5:45] 進歩は、ハードウェアとソフトウェアの両方における継続的な急速イノベーションという哲学によって可能になりました。
- [5:54] IBMは少なくとも年に一つの量子プロセッサを提供してきました。2019年のFalcon(27量子ビット)、2020年のHummingbird(65)、2021年のEagle(100を突破)、昨年のOsprey(433)、そして現在の1121量子ビットのCondorです。
- [6:35] Condorにより、IBMは量子ビットのスケーリング問題を解決したと述べ、その知見をより大規模なシステムに応用しています。
- [6:50] IBMはまた、ゲート品質の向上と回路深度の増大に注力し、世界で最も高性能な量子プロセッサと称されるHeronを、調整可能なカプラー技術とともに発表しました。
IBM Quantum System TwoとAIの統合
- [9:50] IBMは、モジュール式で柔軟なアーキテクチャであるIBM Quantum System Twoを発表しました。
- [9:54] System Twoはプライム冷却方式で、ニューヨーク州ヨークタウンハイツのTJ Watson Research Centerで100量子ビット以上の問題を実行します。
- [10:09] これはより大規模で強力な量子システムに接続できるモジュール式システムであり、量子中心型スーパーコンピューティングの構成要素と呼ばれています。
- [10:26] ユーティリティの時代により、IBM Quantumは科学とビジネスにとって重要なツールとして確固たる地位を築くと期待されています。
- [10:49] IBMはWatsonと生成AIを導入し、量子システムとQiskitをより使いやすくしています。
- [11:00] まだ本格的な実用には程遠い初期プロトタイプですが、ユーザーは自然言語のプロンプトからQiskitコードを生成できます。
- [11:47] IBMのCEOはIBMがハイブリッドクラウドとAIの企業であると述べ、講演者はIBMがハイブリッドクラウド、AI、そして量子コンピューティングの企業になると述べています。
- [12:22] Jay Gambettaが登壇に招かれ、さらなる取り組みと進歩を共有します。
IBM Quantum Summit:ユーティリティの時代
- [12:53] IBMの使命は、有用な量子コンピューティングを世界に届け、世界を量子セーフにすることです。
- [13:19] 新たに迎えた量子計算センターには、BasQ、RPI、RIKENが含まれます。
- [13:24] 新たに迎えたQuantum Innovation Centerには、NQCC、KQC、コペンハーゲン大学が含まれます。
- [13:36] 新たな商業パートナーにはKPMG、T-systems、SAPが、新たな業界顧客にはBanco Bradesco、Dow、Hyundai、Israel Aerospace Industries、Itau、Moderna、Mitsubishi Electronic、Pfizer、Truistが含まれます。
- [14:08] 私たちはユーティリティの時代と呼ばれる量子計算の新時代に突入しました。
- [14:26] コミュニティは、自然のシミュレーション、構造を持つデータ、探索と最適化といった量子コンピューティング応用に関する約2.5千本の論文を発表しています。
- [14:55] ユーティリティ論文は、量子が古典的な総当たり計算手法を超えた問題に取り組めることを示しました。これが量子ユーティリティの意味するところです。
- [15:07] ユーティリティは量子優位への道における最初のマイルストーンと見なされており、四年間で能力を千倍に高めた新規の誤り抑制と誤り緩和の手法によって実現されました。
- [15:34] ユーティリティの時代において、量子は真実の源として扱われ始めており、古典的手法は結果を検証するためだけに用いられています。
- [15:54] この夏には少なくともさらに六つのユーティリティ実験が、100量子ビット超および数百あるいは数千のゲートを用いた量子回路を実行しました。
- [16:14] 量子コンピューティングは今や、材料科学、凝縮系物質、素粒子物理学といった科学分野における発見のためのツールとなっています。
- [16:45] 100量子ビットを使っていなければ、量子をやっていることにはなりません。
IBM QuantumハードウェアロードマップとCondor
- [17:29] IBMは過去数年にわたり、127量子ビットのEagleから433量子ビットのOspreyへと量子ロードマップを実行してきました。
- [17:52] ラジーブは今年の量子システムの取り組みからエキサイティングな結果を共有し、二つの項目を扱います。
- [18:08] IBMはCondorでスケールを限界まで押し上げ、これを世界最大の量子コンピューティングプロセッサと称しています。
- [18:23] Condorは、単一チップのスケーリングと冷凍機の容量に関する探求から生まれ、一つのチップに載せられる量子ビットの数とそれらを歩留まりよく製造する能力を押し広げました。
- [18:38] それらの量子ビットを毎日安定して動作させることは容易なことではありません。
Condor 1121量子ビットチップのスケーリング
- [18:46] Condorは、千を超える量子ビットを一つのチップと一つの冷凍機に収めるという課題に対処しました。
- [18:56] 密度の問題を解決するために、超伝導金属配線の層が追加されました。
- [19:05] コヒーレンス時間は、Condorと昨年の433量子ビットプロセッサであるOspreyの間で非常によく似ています。
- [19:16] このチップのために設定されたスケールに関する学習は、順調なスタートを切っています。
- [19:28] Condorは1121量子ビットのチップであり、量子ビット密度が50%増加しています。
- [19:37] Condorは、単一の冷凍機内での信号伝達のために一マイル超の超高密度フレックスIOを使用しています。
- [19:54] Condorの技術はスケーリング問題の重要な部分の解決に役立ちましたが、ゲート深度と品質は依然として重要です。
Heron量子ビットチップの性能
- [20:42] Heronは133量子ビットのチップで、柔軟性のために調整可能なカプラーを備えた固定周波数量子ビットを基盤としています。
- [20:57] 2019年にチームは白紙に戻り、新しいゲートアーキテクチャの探求を行いました。
- [21:15] コード名Monte-Carloの最初のHeronチップは、最高のEagleと比較して大幅な改善を示しています。
- [21:24] Heronは半分のゲート誤り率、スリー・ナインのフィデリティの一部、そしてクロストークのほぼ完全な排除を実現しています。
- [21:39] Heronはゲート時間が大幅に改善されており、ユーティリティの時代においてユーザーに優位性をもたらし、モジュール式プロセッサのスケーリングの基盤を提供します。
- [22:04] 量子ビット間のクロストーク測定では、最高のEagleの信号はマルチ量子ビット動作において時間とともに明らかに劣化しますが、Heronはほとんど影響を示しません。
- [23:02] Eagleは層状ゲートあたり約10%の誤りから始まり、過去数年間で2から3%の範囲まで低減されました。
- [23:21] Heronは、長い量子ビットの連鎖において量子ビットあたりの誤りで3倍の改善を示しています。
- [23:34] 青と灰色の点は、80量子ビットのチェーンと100量子ビットのチェーンの違いを反映しており、次のバージョンでは両方を同じに見えるようにすることが目標です。
- [23:58] Heronのより短いゲート時間により、はるかに多くのゲートを実行できるため、5000ゲート以上という目標への明確な道筋が得られます。
- [24:35] 同様の誤り軽減技術を用いると、Heronはユーティリティ論文で活用されたEagleと比較して3~6倍の改善を示し、この改善はより長い実験ではさらに顕著になります。
IBM TorinoとHeronシステムの発表
- [25:01] IBMは、初のクライアント向けHeronシステムであるIBM Torinoが、ニューヨークのデータセンターで探索用デバイスとして利用可能になったことを発表しました。
- [25:13] IBM Torinoは100量子ビットに対して長いチェーンの誤り率が0.8%未満であり、IBM史上最高のシステムとなっています。
- [25:30] このシステムは四年間の研究とエンジニアリングの成果であり、IBMのロードマップの残りを支えるものです。
- [26:04] 一部のゲートはスリーナインと同等の品質であり、デバイス全体を大規模に動作させることに焦点が当てられています。
- [26:16] IBMはロードマップ上のCondorとHeronの両方を達成できるようになりました。
- [26:31] ユーティリティ時代では、性能の安定性と信頼性に焦点を当てる必要があり、Qiskitはユーティリティ規模のワークロードをサポートできるようレベルアップしなければなりません。
Qiskit 1.0と実行モード
- [27:02] Qiskitは、量子回路と演算子の作成、最適化、実行におけるデファクトスタンダードとして提示されています。
- [27:19] Qiskitの成功の一因は、主要な量子ハードウェアベンダーとアーキテクチャのほとんどをサポートする「一度書けばどこでも実行できる」モデルにあります。
- [27:28] Qiskit 1.0が来年向けに発表され、性能、安定性、信頼性がさらに向上します。
- [28:03] ステップ一では問題を量子回路と演算子にマッピングします。Qiskit 1.0は動的回路のネイティブサポートを追加し、メモリ使用量を最大55%削減します。
- [28:32] ステップ二では入力を最適化します。Qiskitトランスパイラは一年前より16倍高速で、他のよく知られたツールキットより23%少ない二量子ビットゲートを生成できます。
- [29:12] 強化学習を用いたAIトランスパイラは、ヒューリスティックアルゴリズムと比較して回路深度とCNOT数で20~50%の改善を示しており、本日アルファ版が利用可能です。
- [29:45] ステップ三では最適化された回路をプリミティブで実行します。Qiskit 1.0はサンプラーとエスティメータのインターフェースを簡素化し、Qiskitランタイムは単一ジョブ、バッチ、セッションモードをサポートします。
- [30:52] バッチ実行モードでは複数の非反復クエリを一度に実行でき、スレッドによる並列処理でワークロードを最大五倍高速に実行できます。
- [31:28] ロードマップではスレッド化されたプリミティブが約束されており、提供されたのは単一ジョブ、バッチ、セッションという一連の実行モードです。
量子アルゴリズムのためのQiskitパターン
- [32:33] ユーティリティの時代は、量子計算科学者と呼ばれる新しいユーザー層を生み出しました。
- [32:39] 量子計算科学者は量子ハードウェア自体には関心がなく、特定の計算タスクを解決するためにマシンを使用することに関心があります。
- [32:49] これらのユーザーは何よりも性能、互換性、使いやすさを重視します。
- [33:05] Qiskitパターンとは、すべての量子アルゴリズムとアプリケーションが従わなければならない四つのステップのシーケンスです。
- [33:11] 四つのステップとは、回路と演算子の生成、実行のための最適化、Qiskitプリミティブを使用した実行、プリミティブ出力の後処理です。
- [33:32] Qiskitパターンは、アルゴリズムとアプリケーションを大規模に記述するための論理的なフレームワークを提供し、コンテナ化と量子回路および演算子からの抽象化を可能にします。
- [34:21] 量子化学のパターンでは、各ステップは単一のタスクを実行するブロックで構成され、ブロックはIBM、サードパーティプロバイダー、またはオープンソースの貢献者によって作成できます。
- [34:53] Qiskitパターンは、Scipyのオプティマイザーなど既存のソフトウェアフレームワークを活用し、対象となる量子加速に必要なコア機能のみを構築することを目指しています。
- [35:35] Qiskitパターンは大規模に使用できるように設計されており、リソース管理情報で強化でき、量子サーバーレスなどの異種インフラストラクチャにアップロードでき、量子コンピューティングの知識がないエンドユーザーでも無人で実行できます。
- [36:12] これらのコンポーネントは来年から順次展開されますが、Quantum serverlessはすでにベータ版で公開されています。
新しいグロス誤り訂正符号
量子誤り訂正のための新しいカプラー
- [37:23] この符号を実装するには新しい革新が必要です。
- [37:27] チップ上でより離れた量子ビットを接続するために、新しいタイプのカプラーが必要です。
- [37:31] これらはcカプラーと呼ばれます。
- [37:33] このアプローチでは量子ビットにより多くの接続性、具体的には次数六が必要です。
- [37:43] 最終的な目標は、チップ上の長距離量子接続のためのcカプラー、大規模システムおよびチップ間の量子情報転送のためのlカプラー、より小さなチップからより大きなチップを作るためのチップ間の短距離情報転送のためのmカプラーを備えたシステムです。
- [38:07] 完全な耐性の前に、すでに多くのユーティリティが証明されています。
- [38:12] 新しい符号は表面符号よりも優れたスケーリングを示すため、誤り訂正は考えられていたよりも近いところにあります。
- [38:21] 現在、ロードマップ上に誤り訂正への道筋はありません。
新しい量子ロードマップはゲート品質に焦点を当てる
- [38:30] クライアント向けシステムとサービスには、より大きなロードマップが必要です。
- [39:06] ロードマップは現在、量子ビットの数ではなく、今後五年間にプロセッサが単一回路で実行できるゲートの数を示しています。
- [39:20] 今後五年間は、規模よりも品質に焦点が当てられます。
- [39:25] 彼らは、単一チップのスケーリングはCondorで解決されたと考えているため、より大きな課題はユーティリティのためのツールと品質の向上です。
- [39:48] 今後五年間で、プロセッサが実行できるゲートの数を三倍にする計画です。
- [39:53] Flamingoは量子通信を含み、少なくとも七つのQPUを接続して数千量子ビットのシステムを構築します。
- [40:08] 2029年には、Starlingが100百万ゲートへの飛躍と、誤り訂正を備えた最初のシステムをもたらすと期待されています。
- [40:49] ロードマップは2033年まで拡張され、1十億ゲートへのスケーリングに関する詳細な計画が含まれています。
IBM Quantumイノベーションロードマップ
- [41:04] IBMはイノベーションロードマップを導入し、進捗に関する透明性を約束します。
- [41:23] Starlingに到達するには、M、L、Cカプラーの開発が必要です。
- [41:28] LカプラーはFlamingoに、MカプラーはCrossbillに、CカプラーはKookaburraに搭載されます。
- [41:42] KookaburraはCカプラー、次数六の結合、およびデコーディングソフトウェアを含みます。
- [41:51] Kookaburraは、これらの効果を取り入れるため、計画されていた2025年から2026年に移動されました。
- [42:06] ロードマップのイノベーションは開発ロードマップに反映され、最終的には顧客が利用できるようになります。
- [42:14] Flamingo、Crossbill、Kookaburraで構築されたカプラーにより、IBMはStarlingで誤り訂正を導入できます。
ユーザーワークロードと量子中心スーパーコンピューティング
IBM Quantumロードマップのまとめ
- [43:02] IBM Quantum System Twoはモジュール式で、将来にわたってスケーリングを続けるように設計されています。
- [43:12] 最初のIBM Quantum System Twoにはすでに三つのHeronが搭載されています。
- [43:15] 高性能システムと称されるHeronは、すでにユーティリティワークロードを五倍優れた性能で実行しています。
- [43:24] Condorにより、IBMは単一量子ビットのスケーリングを解決しました。
- [43:29] 並列化と実行モードのサポートにより、バッチおよび反復ワークロードはより高速に実行されるようになります。
- [43:36] IBMは量子アルゴリズムを簡素化し、Qiskitパターンの概念を導入しました。
- [43:42] Quantum Serverlessが作成され、ベータ版で提供されており、はるかに安定しています。
- [43:49] これらの項目はすべてロードマップに含まれていました。
Qiskit 1.0と量子コンピューティングのためのAI
- [43:56] QiskitはQiskit 1.0になり、高速で安定します。
- [44:08] IBMはAIの全力を投入して、量子コンピュータの実行方法を簡素化しています。
- [44:13] 自然言語を使って量子コードを作成する方法を導入しています。
- [44:22] AIはより良い回路を考案するために使用されており、現在利用可能なアルファ版のトランスパイラサービスとして展開されています。
- [44:32] 彼らは現在十年のロードマップを持ち、そこに誤り訂正を組み込むことは、有用な量子コンピューティングを世界に届けるという彼らのコミットメントです。
- [44:53] 彼らは、私たちが量子ユーティリティの時代にいると宣言しています。
量子コンピューティングのロードマップとマイルストーン
[0:06] おはようございます。まず、皆さんが着席して開始できるように、友人や同僚を招待する時間を少し取りましょう。まず、2023 Quantum Summitへようこそ。本日ご参加いただき、この上なく嬉しく思います。私はDario Gilと申します。IBMのシニアバイスプレジデントであり、IBM Researchのディレクターです。そして、技術の観点から見て、2023年はなんと素晴らしい年だったことでしょう。
[0:38] 見てください、AIから半導体、量子コンピューティングに至るまで、コンピューティングは再び市場を牽引し、産業を生み出し、世界中の人々の想像力を本当にかき立てています。そして、テクノロジーで何ができるかという想像力もです。私は、私たちがコンピューティングの世界で最もエキサイティングな時代に生きていると本当に信じています。おそらく1940年代のデジタルコンピュータか、五十年代後半のトランジスタの発明以来でしょう。
[1:10] そして本当に今、これらの新しいテクノロジーによって、前世代のテクノロジーでは対処できるとは思えなかった問題に取り組み始める機会が生まれています。今年がIBMでの私の20周年であることを誇りに思います。ありがとう。そして、皆さんが、会社がほんの五年前とはまったく違うことを実感されていることを願っています。これは、IBM内のR&Dコミュニティで私たちが行っている基礎研究によるところが大きいのです。
[1:49] そして率直に言って、私たちが技術を商業化する速度とペースです。私はIBMでの20年間で、今日ほど速いペースで技術を商業化しているのを見たことがありません。研究部門内では、私たちは会社の有機的成長エンジンであると言いたいのですが、R&Dコミュニティで開発しているイノベーションを製品に取り入れることに、私たちは本当に執念を燃やしています。
[2:21] そして、その速度とペースの一例として、今年AIで私たちが成し遂げたことを強調したいと思います。つまり、AIの世界では、ご存じのとおり、少なくとも一般の人々の間では、その技術で何が可能かということが人々の想像力の中に確実に入り込んでいます。私たちは研究部門の中で、基盤モデルの役割についてここ数年深く情熱を注いできました。しかし今年、私たちは他に類を見ない強度で商業化し、創り出しました。生成AIを企業と政府の世界にもたらす新しいプラットフォーム、それがwatsonXです。
[2:56] そして私たちはそれをわずか数か月で実現できました。これまで以上に速く技術を商業化するというこのテーマに戻りますが、人々は本当にそれに気づいています。しかしもちろん、それだけではありません。量子の世界があります。そして、思い出しますが、数十年前に量子情報科学に関するいくつかの核となるアイデアを読み、それらのアイデアがどれほど強力になるかを考えていました。そして今その旅路を見ると、それらは現実になりつつあります。そしてその旅路は驚くべきものでした。
[3:29] 2016年に私たちが最初の量子プロセッサをクラウドに載せ、一週間以内に予想を五倍上回るメンバーとユーザーが参加したとき、量子業界の文脈でニュースになったことを思い出してください。そしてそれは本当に、量子コンピューティングが世界にとってアクセス可能になった瞬間を画しました。最初は数百人に、次に数千人に、そして最終的には五十万人近くに、量子コンピューティングは考慮し、受け入れ、育むべきものだと示したのです。
[4:02] さて、2017年に私たちはオープンソースの量子SDKであるQiskitを導入し、それは世界で最も広く使われる量子用ソフトウェア開発環境になりました。実際、統計を挙げましょう。量子開発者の81%以上がそれを好み、五十万人以上のユーザーがいます。同じ年にIBM Quantum Networkを立ち上げ、それは爆発的に拡大しました。現在、280以上のメンバーがおり、今日ここにいる多くの皆さんもその一員です。
[4:32] そのことに感謝します。2018年には、私たちは量子イノベーションセンターも設立し、それは現在世界中で38にまで成長しました。2019年には、私たちはIBM Quantum System Oneを発表しました。それは世界初の完全に統合され、商業的に利用可能な量子コンピュータでした。そしてそれ以来、私たちはQuantum System Oneを世界中に導入してきました。現在、ドイツ、日本、カナダにSystem Oneがあります。
[5:05] さらに多くが韓国、スペイン、日本、そしてここ米国に設置されています。こうした活動はすべて本当に素晴らしく、驚くべきものであり、だからこそ私たちはこの数年間を量子コンピューティングの出現の時代と呼ぶようになりました。そしてこの間、私たちは業界の誰よりも多くの量子コンピューティングパワーを開発し、より多くの人々の手に届けてきました。さて、私たちが共に築いたコミュニティが取り組むことができた問題を見るのは、本当に目覚ましいことです。
[5:43] それは決して容易ではありませんでした。しかしそれを可能にしたのは、ハードウェアとソフトウェアの両方で継続的な急速イノベーションを行うという私たちの哲学です。ハードウェアでは、毎年少なくとも一つの量子プロセッサを画期的な突破とともに投入しました。2019年には27量子ビットプロセッサのFalconを導入しました。一年後には65量子ビットを誇るHummingbird。そして2021年にはEagleで100量子ビットの壁を突破しました。
[6:19] そしてちょうど昨年、私たちは433量子ビットのOspreyを導入しました。そして今日、約束どおり、私たちは飛翔する1121量子ビットを備えたCondorを発表します。Condorによって、私たちはスケーリング、量子ビットのスケーリングの問題を解決しました。今、私たちはその知識を活かして、より大きなシステムを構築する際に応用しています。そしてもちろん、私たちはそこで止まりませんでした。
[6:50] 私たちはゲート品質の向上と回路深度の増大にも専念しました。だからこそ、Condorに興奮しているのと同じくらい、私たちはHeronにさらに興奮しています。これがHeronであり、世界で最も高性能な量子プロセッサであり、量子コンピューティングを真にスケールさせるものです。Condorがスケールへの障害を取り除いた一方で、Heronは今日私が誇りを持って紹介するチューナブルカプラー技術によって回路深度と品質を押し上げます。
[7:29] そして、ハードウェアとソフトウェアの両方、そしてエコシステムにおける集合的な成果を見ると、驚くべき統計を一つ挙げましょう。これらはIBM Quantumのフリート上で実行された回路の数であり、3兆以上に上ります。ここ数年の私たちの成果を振り返ると、それは本当に驚異的でした。そして祝うべき瞬間に、私たちはその段階が量子コンピューティングの出現を画したと言いたいと思います。そして今こそ、私たちが謙虚にユーティリティの時代と呼ぶ新たな新時代へと移る時です。
[8:10] ユーティリティはこの量子サミットのテーマです。そして、この新しくエキサイティングな時代への移行を画したと私たちが信じる重要な進歩が一つありました。六月に、チームはNatureの表紙を飾った量子計算のスケーリングにおける画期的な成果を発表しました。論文のタイトルは「完全な耐性前のユーティリティの証拠」で、その中で私たちのチームは、100量子ビットを超える大規模回路とほぼ3000ゲートの回路サイズを実行し、そこからノイズのない推定値を抽出できることを示しました。
[8:51] つまり簡単に言えば、これはブルートフォースの古典計算でシミュレーションできる範囲を超えており、その意味は本当に計り知れません。そして多くの皆さんがそれに飛びついたことを知っています。これがユーティリティの時代を画したものです。そして今、コミュニティは、ブルートフォースの古典計算を超えて量子コンピューティングのユーティリティを調査するのに十分な規模を備えた実験を、今日の量子システム上で実行しています。
[9:24] そしてこの新時代とともに、私たちは新しいシステムもお届けします。ですから、現存する他のどれとも異なるシステム、すなわち、この旅路をさらに前進し続ける私たちとともに成長できるほど強力で、モジュール式で、柔軟なアーキテクチャを備えたコンピューターを皆さんに発表できることは光栄です。それでは、IBM Quantum System Two にご挨拶しましょう。
[9:54] これはプライム冷却方式で、ニューヨーク州ヨークタウンハイツにある私たちのすぐ北の TJ Watson Research Center で 100 量子ビット超の問題を実行しています。ご覧ください、これは典型的なスタンドアロンシステムではありません。これは真にモジュール式のシステムであり、それらをより大きく、より強力な量子システムに接続することができます。だからこそ私たちはこれを量子中心型スーパーコンピューティングのビルディングブロックと呼んでいます。このユーティリティの時代が IBM Quantum を科学とビジネスのための重要なツールとして確固たるものにすると私は本当に信じており、私たちはこの技術を革新するのと同じ速さで皆さん全員にお届けしています。
[10:40] しかしご覧ください、システムは結局のところ、シンプルさに driven され、私たちがそれをどれだけ強力で有用なものにするかによってのみ、その力と有用性が決まります。だからこそ私たちは Watson と生成 AI の力を活用して、私たちの量子システムと Qiskit をこれまで以上に使いやすくしています。ここでお見せしているのは初期のプロトタイプで、まだ本番環境には程遠いものですが、今日皆さんに未来を見ていただきたかったのです。ここでは、自然言語のプロンプトを使って Qiskit コードを生成できることがわかります。
[11:14] そしてこれはほんの始まりにすぎません。今後数年間で、私たちが AI の全力を量子プラットフォームにもたらすにつれて、このプラットフォームがどのように感じられるようになるか想像してみてください。これが今日の IBM であり、これまで以上に集中し、より速く、よりオープンです。そしてそれは本当に信じられない瞬間であり、これまでに経験したこととはまったく違うと感じています。
[11:44] 私たちの CEO は、IBM はハイブリッドクラウドと AI の企業であると述べています。しかし誤解しないでください、これらすべてが成し遂げられたとき、IBM はハイブリッドクラウド、AI、そして量子コンピューティングの企業となるでしょう。これらの強力なコンピューティングプラットフォームのそれぞれを完成させることに専念するだけでなく、それらを組み合わせ、拡張して、可能であるとわかっていることを超えた問題を達成し解決するためのツールにも専念する企業です。
[12:17] そして皆さん、私の友人たちは、その旅とその使命の一部となるでしょう。それでは、素晴らしい Jay Gambetta にバトンを渡したいと思います。彼がステージに上がり、今日私たちを一堂に集めた他のすべての素晴らしい仕事と偉大な進歩を皆さんと共有します。ありがとう。Dario に感謝します。ありがとう、Dario。
[12:47] 皆さん、おはようございます。IBM Quantum Summit へようこそ。有用な量子コンピューティングを世界にもたらし、世界を量子安全にするという私たちの使命にご参加いただき、誠にありがとうございます。多くのクライアントとパートナーの皆さんにお会いできて嬉しいです。皆さんなしでは IBM Quantum は成り立ちません。多くの皆さんはしばらく私たちとご一緒していますが、新しい顔もたくさんあります。ですから少し時間をいただき、新しいクライアントとパートナーの皆さんを紹介したいと思います。
[13:19] BasQ、RPI、RIKEN との量子計算センターを歓迎します。また、NQCC、KQC、コペンハーゲン大学との新しい Quantum Innovation Centers も歓迎します。新しい商用パートナーは EY、失礼、KPMG、T-systems、SAP であり、新しい業界クライアントは Banco Bradesco、Dow、Hyundai、Israel Aerospace Industries、Itau、失礼、Moderna、Mitsubishi、Electronic、Pfizer、Truist です。
[13:53] 皆さん、ありがとうございます。それでは始めましょう。Dario が言ったように、私たちは量子計算の歴史における新時代に入りました。そして私たちはこの時代をユーティリティの時代と呼んでいます。私たちは多くの重要な仕事をしてきました。例えば、自然のシミュレーション、構造を持つデータ、検索と最適化など、量子コンピューティングの応用について多くを学びました。そして私たちはコミュニティとして何千もの論文を発表してきました。
[14:26] 2.5 千の論文が発表されていると思いますが、まだできることはたくさんあります。最近まで、このグラフが示すように、ほとんどの実験をラップトップで、あるいは 1981 IBM PC でさえ実行できました。量子からユーティリティを引き出すには、破壊的な変化が必要です。そしてこの夏の初めに、私たちはこれを揺るがす論文を発表しました。私たちはそれをユーティリティ論文と呼んでいます。
[14:57] 私たちは、量子が力ずくの古典的計算手法を超えた問題に取り組めることを示しました。それが量子ユーティリティという意味です。私はユーティリティを量子アドバンテージへの道の最初のマイルストーンと考えています。ここに到達できたのは、新しい誤り抑制と誤り緩和の手法のおかげです。そして四年間で、それを千倍に増やすことができました。現在は数千のゲートを実行できます。今日の残りの時間、このことを心に留めておいてください。
[15:31] さらに、このユーティリティ時代において、私たちは量子を真実の源として扱い始めています。そして古典的な手法は、私たちの結果を検証するためだけに機能します。私の言葉を鵜呑みにしないでください。これらは、このネイチャー論文の結果をシミュレートした多くの論文の言葉です。しかしさらに重要なのは、この前の夏に、100量子ビットを超える量子回路を実行し、数百、あるいは数千のゲートを使用した少なくとも六つのユーティリティ実験を目にしたことです。
[16:04] これらの実験は量子計算を超えた分野を進歩させています。彼らは量子コンピューティングを量子コンピューティングのために使っており、今や発見のツールとなっています。材料科学、凝縮系物質、素粒子物理学などの科学分野での発見です。そして私たちは、私が話していたこの破壊的な変化を見始めています。コミュニティは、古典的シミュレーションでできることを超えたことを行うために量子コンピューターを使っています。
[16:36] そして皆さんがこの破壊的変化のうねりに加わることを願っています。以前はアクセスできなかった科学の領域を探求するために量子を使い始めることができます。私はよく言います、100 量子ビットを使っていなければ、量子をやっていることにはならないと。それでは、ハードウェアの次なる展開について話すために Rajeev をステージに呼びます。
[17:13] ありがとう、ジェイ。皆さん、おはようございます。それでは、このユーティリティの時代に向けて私たちが構築してきたシステムのいくつかについて、少しお話しします。さて、おそらく皆さんは、私たちが過去数年にわたって実行してきた、これまでにもお話ししたこのロードマップをご覧になったことがあるでしょう。数年前にリリースした127量子ビットのEagleプロセッサから、昨年発表した433量子ビットのOspreyシステムまで。
[17:48] 私たちはこれらのイノベーションを提供し続けてきましたが、今日皆さんと共有できて本当に嬉しいのは、今年私たちが量子システムで行った研究から得られたこれらのエキサイティングな結果です。そして、それについて二つお話しします。まず、この分野では、私たちはスケールを限界まで押し上げてきました。そしてそれを、世界最大の量子コンピューティングプロセッサであるCondorで成し遂げました。
[18:19] 拍手はなしで。では。しかしCondorは、私たちのシングルチップスケーリングへの探求の結果です。そして冷凍機の容量は、一つのチップにいくつの量子ビットを載せられるか、そしてそれらの量子ビットを歩留まりよく製造できるかの限界を押し上げます。つまり、それらが毎日毎日動作するわけですが、これは簡単なことではないと断言できます。Condorでは、一千を超える量子ビットを一つのチップに、そして一つの冷凍機に収める際にどのような課題が生じるかを問いました。例えば、左側には、密度の問題を解決するために超伝導金属配線の層をどのように追加したかが示されています。
[19:05] そして右側には、コヒーレンス時間という重要な指標が、Condorと、昨年の私たちの433量子ビットプロセッサであったOspreyの間で非常に類似していることが示されています。つまり、このチップで得ようとしていたスケールに関する学習は、順調なスタートを切っており、私たちはそれに本当に興奮しています。まとめると、Condorは私たちの1121量子ビットチップです。量子ビット密度が50%向上し、一マイル、一マイル以上、考えてみてください、信号伝送用の超高密度フレキシブルIOがすべて一つの冷凍機内に収まっています。すごい。
[19:54] つまり、Condorに投入した技術は、スケーリング問題を解決するためのパズルの重要なピースを私たちが突き止めるのに役立ちました。そしてそれはもう過去のことです。しかし、私たちのユーティリティ実験から、ゲート深度と品質が重要であることがわかっています。そしてそこが、私たちの旅の次のステップが向かう先です。誤解しないでください、私たちはCondorに非常にわくわくしていますが、私たちが本当に本当にわくわくしているのはHeronです。
[20:28] そしてこれです、私の素敵なアシスタントのジェイ。彼らが、皆さんのために特別にここに持ってきた実物のHeronプロセッサをお見せします。はい。ありがとう。さて、Heronは133量子ビットチップです。固定周波数量子ビットに関する私たちの経験から学び、ひねりを加えて、カプラーを調整可能にして必要な柔軟性を得ています。少し歴史の話をしましょう。2019年に、私たちが何か違うことをしなければならないと気づいたとき、チームは本当に白紙に戻って新しいゲートアーキテクチャを探求しました。
[21:07] これからご覧いただく結果は、その努力の成果を反映しています。これはコードネームMonte-Carloと呼ばれる私たちの最初のHeronチップで、すでに私たちの最高のEagleを大きく上回る改善を示しています。ゲートエラー率は半分で、一部のフィデリティは三つの九に達しています。素晴らしいです。しかしさらに重要なのは、クロストークを事実上排除したことです。では、それについて少しお話しします。
[21:39] そしてゲート時間も大幅に改善されています。これはユーティリティ時代においてユーザーに大きな優位性をもたらし、モジュラープロセッサをさらにスケールし続けるための強固な基盤を与えてくれます。素晴らしい。そしてこれから数枚のスライドで、Heronがどれだけ改善されたかをご紹介します。これは量子ビット間のクロストークを評価する測定です。右側に二つの曲線が見えますが、灰色は孤立した量子ビットの操作です。
[22:15] そして濃い線は複数の量子ビットをアドレスする場合です。私たちの最良のEagleの信号が、マルチ量子ビット操作において時間とともに明らかに劣化することがわかります。それは私たちが望んだことではありません。そして今、非常によく似た操作におけるHeronを見ると、ほとんど影響を示さず、ほとんど変化がありません。これは大したことです。では、これがすべて私たちのユーザーにとって何を意味するのでしょうか?
[22:46] では。このグラフは、ユーティリティスケールプロセッサの価値提案を反映していると私たちが考える指標を示しています。私たちは単に最高の量子ビットだけを見たかったのではありません。チェーン内のすべての量子ビットを見たかったのです。Eagleでは、二年前にさかのぼると、レイヤーあたりのゲートエラーが約10%から始まりました。過去数年で、その数値を2から3%の範囲まで下げることができましたが、本当に望むところにはまだ達していません。
[23:18] 次に、Heronでは、これらの長い量子ビットのチェーンにおいて量子ビットあたりの誤りが3倍改善したことを示します。これは大きなことになるでしょう。さて、青と灰色の点の違いが見えますが、これは80量子ビットチェーンと100量子ビットチェーンの違いを反映しています。私たちの目標は、両方を灰色のバーがある位置と同じに見えるようにすることで、それが現在改善を進めているところです。
[23:51] そして私たちの次のバージョンです。では性能を見てみましょう。Heronの性能はやはりEagleよりも著しく優れています。これにより、より短いゲート時間に支えられて、はるかに多くのゲートを実行できます。そこにいくつかの数値が見えます。それらはかなり良い推定値ですが、5000ゲートという私たちの目標、そしてそれを超える目標への非常に非常に明確な滑走路を与えてくれます。そして今日の残りの時間で、その多くをご覧いただくことになります。
[24:22] では、それをどうやってすべてまとめるのでしょうか。はい。こうした素晴らしい数値があります。ユーザーがこれらのプロセッサを使うとき、それが何を意味するのでしょうか?Heronが、ユーザーが気にする領域で実際の性能改善を示していることがわかります。ダリオとジェイによるユーティリティ論文についてはすでにお聞きになったでしょう。そこでは同様の誤り緩和の手法を用いており、その論文で活用したEagleに対して3から6倍の改善を示しています。それは大きなものです。この改善は、より長い実験ではさらに顕著になります。
[24:59] そして、ここからが一番の見どころです。最初のお客様であるHeronシステム、IBM Torinoが、ニューヨークのデータセンターで探索用デバイスとして利用可能になったことを発表できることを嬉しく思います。このシステムは、100量子ビットの長い連鎖のエラー率が0.8%未満です。私たちの史上最高のシステムです。皆さんがこれをどう活用されるか、とても楽しみにしています。
[25:30] ご覧ください。これは四年間の研究とエンジニアリングの素晴らしい例であり、私たちのロードマップの残りを支えるものです。私たちはこれを実現するための正しい量子ビットと正しいゲートを持っていると強く信じています。ご清聴ありがとうございました。それではJayにお返しします。またね!ええ、ありがとう、Rajeev。
[26:01] ハードウェアは本当に素晴らしい状態です。ゲートのいくつかは三つの九に匹敵するほどで、私たちがデバイス全体を本当に大規模に動作させることに注力しているのがお分かりいただけるでしょう。しかし皆さんがここにいるのは、私たちにロードマップをチェックオフする伝統があるからです。では、ロードマップへ。今、CondorとHeronをチェックオフできます。ボタンをクリックすれば、Heronをチェックオフできます。今、私たちはこのユーティリティ時代にいます。
[26:33] 焦点はパフォーマンス、安定性、信頼性に置かれなければなりません。ユーティリティ時代とは、ユーティリティ規模のワークロードを支えるソフトウェアが必要だということです。つまり、Qiskitをレベルアップしなければなりません。これが何を意味するのかを説明するためにJessieをステージにお迎えできることを本当に嬉しく思います。ありがとう。ありがとう、Jay。皆さん、おはようございます。私はQiskitについてお話しします。
[27:06] Qiskitは、量子回路と演算子の作成、最適化、実行におけるデファクトスタンダードであり続けています。実際、Qiskitは大多数の量子プログラマーに好まれるSDKです。Qiskitの成功は、一度書けばどこでも実行できるモデルによるところが大きく、これは主要な量子ハードウェアベンダーとアーキテクチャのほとんどをサポートしています。そして今、来年QiskitがQiskit 1.0のリリースで大きく前進することを誇りをもって発表します。
[27:44] この新しいリリースは、パフォーマンス、安定性、信頼性においてさらに多くの改善を提供します。今後、私たちは量子アプリケーションの実行を四段階のパターンで考えます。そして今、Qiskitがそのパターンの実装をどのように支援できるかをお話ししたいと思います。第一段階は、問題を量子回路と演算子にマッピングすることです。Qiskitには、これらの回路と演算子を効率的に構築するための豊富なツールキットがあり、Qiskit 1.0はループ、分岐、古典式などの動的回路のネイティブサポートを追加しました。
[28:22] また、メモリ使用量も大幅に改善し、一年前と比較して最大55%削減しました。第二段階は、入力を最適化することです。Qiskitトランスパイラは、回路をターゲットハードウェアの制約に従うように変換する業界をリードするツールです。さらに、Qiskitトランスパイラにはパスマネージャーがあり、回路に適用したい最適化をさらにカスタマイズする柔軟性を提供します。そしてQiskit 1.0では、トランスパイラの速度と品質の両方で大幅な改善が見られます。
[29:00] Qiskitトランスパイラは現在、一年前より16倍高速で、よく知られた別のツールキットと比較して23%少ない二量子ビットゲートを生成できます。私たちはまた、AIを使用してトランスパイルプロセスをさらに改善する実験も始めました。これは、パスマネージャーの柔軟性のおかげで、既存のQiskitトランスパイラと簡単に組み合わせることができます。強化学習アプローチを使用することで、Qiskitのヒューリスティックアルゴリズムと比較して、回路深度とc-not数の両方で20から50%の改善が見られました。
[29:38] この新しいAIトランスパイラのアルファリリースは本日利用可能です。そして最後に、ステップ三はこれらの最適化された回路をプリミティブで実行することです。今日ある二つのプリミティブ、サンプラーとエスティメーターは、量子プロセッサへの最も一般的なクエリをカプセル化しています。Qiskit 1.0では。私たちはそれらのインターフェースを扱い、Qiskitランタイムでよりシンプルに、より一貫性があり、より効率的にしました。現在、三つの異なる実行モードをサポートしています:単一ジョブ、バッチ、セッションです。
[30:17] スタンドアロンジョブの実行は、小型デバイスで量子回路を実行する従来の方法であり、テストやデバッグには今でも有用です。昨年、私たちはセッションを導入し、反復的なワークロードが各反復でキューイング遅延なしに完了できるようにしました。しかし、単一のセッションでは、このユーティリティ時代の実用的なワークロードには十分な長さでない場合があります。そこで、セッションはまもなく複数のアクティブウィンドウで拡張され、長時間の計算に対応できるようになります。
[30:52] 今年はバッチも追加し、複数の非反復クエリを一度に送信できるようになりました。そしてバッチ実行モードにより、スレッドによる並列化のおかげでワークロードを最大五倍高速に実行できます。皆さん、ありがとうございました。そしてジェイに戻ります。ありがとう。どうぞ。
[31:23] ソフトウェアには多くのアップデートが予定されています。しかし、繰り返しになりますが、ロードマップに戻らなければなりません。ロードマップで約束したのはスレッデッドプリミティブでした。私たちが提供したのは、シングルジョブ、バッチ、セッションと呼ぶ実行モードのスイートです。これで実行モードをチェックオフできます。さて、この新しい時代に入ったことで、人々は量子計算を使ってより多くの発見のためのツールを実現しています。
[31:58] つまり、追加のニーズと要件を持つ追加のユーザーが見られるということです。これらの新しいユーザーをどのようにサポートしているかをお話しするためにPaulをステージにお迎えできることを嬉しく思います。ありがとう、Jack。ありがとう。皆さん、おはようございます。ハードウェアとソフトウェアが改善し続けるにつれて、ユーザーが量子コンピューティングを自らのプラットフォームに統合する新たな機会が開かれています。
[32:33] ユーティリティ時代の到来により、私たちが量子計算科学者と呼ぶ新しいユーザー層が開拓されました。さて、量子計算科学者は量子ハードウェア自体には興味がなく、むしろ機械を利用して特定の計算タスクを解決することに関心があります。これらの量子計算科学者は、何よりも性能、互換性、使いやすさを重視しており、量子アルゴリズムとアプリケーションに関してこれらのニーズをどのように満たすかを考えることで、私たちはQiskitパターンというアイデアに至りました。
[33:05] Qiskitパターンは、すべての量子アルゴリズムとアプリケーションが従わなければならない四つのステップのシーケンスです。ステップ一では、おそらく古典的な入力データから量子回路と演算子を生成します。ステップ二では、それらの量子オブジェクトを取り、量子ハードウェアでの実行のために最適化します。ステップ三は、私たちが聞いたQiskitプリミティブを使用して実験を実行し、最後にステップ四は、プリミティブの出力を後処理します。さて、Qiskitパターンは単なるステップの集まり以上のものです。
[33:36] それらは、大規模にアルゴリズムやアプリケーションを書くことを探求し始めるための論理的なフレームワークを提供します。そうです。まず、ステップという観点で考えると、量子ワークフローが構築される基礎的な構成要素と、それらのコンポーネントを活用して多様な量子ルーチンを作成する方法が浮き彫りになります。また、それらはコンテナ化を可能にします。Qiskitパターンは量子プログラム全体を形成し、既存のワークフローを量子コンポーネントで強化し始めることができます。
[34:06] そして最後に、量子回路や演算子からの抽象化を可能にし、ユーザーが量子アセンブリコードのレベルで作業する負担を軽減します。さて、これがすべてどのように機能するかを見るために、量子化学向けに設計されたパターンを見てみましょう。はい、こちらです。ご覧のとおり、再び四つのステップがあり、各ステップは単一のタスクを実行するブロックの集合で構成されています。これらのブロックはIBM、サードパーティプロバイダー、あるいはオープンソースの貢献者によって作成される可能性があります。たとえば、この問題で回路と演算子の構築方法を変更したい場合、二つのブロックを交換するだけで、パターンの残りは変更されません。
[34:46] さらに一歩進めて、ステップ三で使用される古典的オプティマイザを変更しようと言うこともでき、それも簡単に行えます。しかし、この特定の例では、オプティマイザ自体はビルディングブロックではありません。これは、Qiskitパターンが、この場合はScipyのオプティマイザのような既存のソフトウェアフレームワークを活用し、対象を絞った量子加速に必要なコア機能のみを構築することを目指しているためです。この対象を絞ったアプローチは、全体的なルーチンのごく一部のみが量子ソリューションに適している既存のエンタープライズワークフローを検討する際に便利です。
[35:23] 元のワークフローと同じ入力と出力を使用します。Qiskitパターンは、パイプライン内の特定のユースケースに合わせて調整でき、開発と統合のプロセスを合理化します。そして最後に、Qiskitパターンは大規模に使用されるように設計されています。それらはリソース管理に関する情報で強化できます。これにより、実行が最適化されます。パターンは、量子サーバーレスなどの異種コンピューティングインフラストラクチャにアップロードでき、合理化された実行が可能になります。
[35:55] そして最後に、私たちのパターンは無人で実行でき、量子コンピューティングの知識がまったくないエンドユーザーが利用できます。さて、これがQiskitパターンとスケーラブルなアルゴリズムおよび最適化設計で私たちが目指している方向性の一端です。そして、来年からこれらのコンポーネントの展開を開始する予定です。ただし、量子サーバーレスはすでにベータ版で公開されているため、今日から準備を始めることができます。それでは、どうもありがとうございました。
[36:29] ありがとう、ポール。ご覧のとおり、私たちは本当に量子を摩擦のないものにしようとしています。ロードマップでは、プロトタイプの量子関数を導入すると述べましたが、今、Qiskitパターンが意味することをもって、それを定義し始めているのがわかります。ロードマップの進捗を確認すると、私たちは今、私が未来のソフトウェア関数と量子サーバーレスと envision するものを作成するプロトタイプ的な方法を持っています。
[37:00] これまでのところ、この講演の主な焦点はユーティリティ論文でした。しかし、私たちは今年もう一つ発表しました。新しい誤り訂正符号をリリースしました。それは新しい低密度パリティ検査符号で、私たちは実際にグロス符号と呼んでいます。この新しい符号は、表面符号よりも桁違いに少ない量子ビットを必要とし、より効率的にスケールします。しかし、この符号を実装するには新しい革新が必要です。チップ上でより離れた量子ビットを接続するための新しいタイプのカプラーが必要です。
[37:31] これらをCカップレットと呼びます。これには量子ビット上でより多くの接続性が必要です。次数六です。これが最終目標です。コードを実装するには、チップ上で長距離量子接続を可能にするCカプラーを備えたシステムが必要です。大規模システムを構築し、チップ間で量子情報を転送するにはLカプラーが必要です。そして、より小さなチップからより大きなチップを作るために、チップ間で短距離の情報転送を行うにはMカプラーが必要です。
[38:06] 完全なフォールトトレランスの前に、すでに十分なユーティリティがあることを私たちが証明したのをご覧いただけたと思います。そして今、私たちは表面符号よりも優れたスケーリングをする符号を持っており、それは誤り訂正が私たちが思っていたよりも近いことを意味します。しかし、私たちのロードマップには現在、誤り訂正への道筋がありません。そしてこれは、私たちがより大きなロードマップを必要とすることを意味します。
[38:38] これが新しいロードマップです。ツアーをしましょう。開発ロードマップのツアーをしましょう。これは、当社のクライアント向けシステムとサービスの今後の道筋を示しています。ご覧のとおり、今後五年間でプロセッサが単一回路で実行できるゲートの数を実際に示しています。
[39:13] 失礼。ここでは、量子ビットの数ではなく、単一回路で実行できるゲートの数を示しています。そして今後五年間、私たちは規模ではなくまさにその品質に取り組みます。なぜなら、コンドルで単一チップのスケーリングを解決したと信じているからです。より大きなシステムを構築するために必要なツールは揃っています。より大きな課題は、ユーティリティのためのツールと品質を向上し続けるためのツールです。だからこそ、それを最優先にしています。
[39:46] 今後五年間で、プロセッサが実行できるゲートの数を三倍にします。さらに、フラミンゴにはその量子通信も含まれており、少なくとも七つのQPUを接続または連携させて、数千量子ビットのシステムを構築できるようになります。しかし、2029年に大きなことが起こります。スターリングです。ご覧のとおり、一気に100百万ゲートへと飛躍します。
[40:18] 私にとって、これは回路にコーディングできるアルゴリズムの精度が大幅に向上することを意味します。スターリングは大きな、本当に大きな節目になります。多くの新しい技術が必要であり、私たちはそれらすべての技術を展開可能なシステムに投入します。そう、それが誤り訂正です。2029には誤り訂正を備えた最初のシステムが登場すると言えます。
[40:49] また、2033まで一気に進み、1億ゲートまでスケールするための詳細な計画をお見せします。しかし、私たちは開発ロードマップだけでは不十分だと気づきました。そこで、IBMにおけるイノベーションロードマップと呼ぶものを導入します。ご存知の通り、私たちは進捗について透明であることを約束しています。私たちが進歩していることを信頼していただきたいし、この旅に一緒に参加していただければ幸いです。
[41:21] 先ほど言ったように、スターリングを実現するには、Mカプラー、Lカプラー、Cカプラーを開発する必要があります。Lカプラーはフラミンゴに組み込みます。Mカプラーはクロスビルに組み込み、Cカプラーはクッカバラに組み込みます。ソフトウェアの革新と組み合わせることで、これは有用な量子コンピューティングへの道を進み続けることになります。実際、クッカバラにはさらに多くのものを盛り込んでいます。これにはCカプラー、次数六の結合、デコード用ソフトウェアなどが含まれ、そのリストは続きます。
[41:51] ですから、予定していた2025にクッカバラを提供するのではなく、これらの効果をすべて取り込むために2026に延期することをご理解いただければと思います。ロードマップのイノベーションは開発ロードマップに反映され、最終的にはお客様に提供されます。フラミンゴ、クロスビル、クッカバラで構築するカプラーにより、スターリングで誤り訂正を導入できるようになります。
[42:23] これにより、量子ユーティリティを拡張する道が明確になりました。ありがとう。ユーザーの皆様から、人々が実行したいワークロードについて多くを学びました。感謝いたします。単一の回路を実行するだけでは不十分であることがわかりました。複数の回路を並列に、しかも同時並行の古典計算とともに実行したいのです。
[42:54] これはダリオが講演で言及した量子中心のスーパーコンピューティングです。今日見たすべてのアップデートの背後にあるビジョンを推進しています。まとめると、一つ、IBM量子システムツーがあります。私には素晴らしく見えます。モジュラー式で、将来に向けてスケーリングし続けます。そして最初のものにはすでに三つのヘロンが搭載されています。二つ、ヘロン、私たちの高性能システムはすでにユーティリティワークロードを五倍優れたものにしています。その結果を見るのが待ちきれません。
[43:24] 三つ、コンドルで単一量子ビットのスケーリングを解決しました。四つ、並列化のサポートにより、実行モードでバッチおよび反復ワークロードがより高速に実行されます。五つ、量子アルゴリズムを簡素化し、Qiskitパターンと呼ばれるこの概念を導入しました。六つ、量子サーバーレスを作成し、ベータ版です。これははるかに安定していることを意味し、皆さんにご覧いただくのを本当に楽しみにしています。しかし、これらはすべて私たちのロードマップにありました。ロードマップになかった追加事項もお見せできたことを気に入っていただければ幸いです。
[43:56] 最初のものはQiskitで、Qiskit 1.0になります。そして高速で安定したものになります。Darioが述べたように、AIにとって激動の一年であり、私たちは量子コンピュータの運用方法を簡素化するためにAIの全力を投入しています。そして、自然言語のようなものを使用して量子コードを作成できる方法を導入しています。私にとって、これは大きなことです。Nine。私たちは実際に、より良い回路を考案するためにAIを活用する方法を導入し、示しています。これはAlphaのトランスパイラサービスとして展開される予定です。
[44:31] 今すぐ使い始めることができます。そして最後に、10番目のお知らせは、私たちがロードマップをどれほど真剣に受け止めているかご存じの皆さんのために、十年間のロードマップを用意したということです。十年間のロードマップを策定することは大きな意味を持ち、そこに誤り訂正を盛り込むことは、有用な量子コンピューティングを世界に届けるための私たちの取り組みです。それでは最後に、2021で申し上げたとおり、私たちは量子ユーティリティの時代にあり、2023は大きな年になるでしょう。
[45:02] 私たちには、量子コンピューティングをスケールアップするための明確で詳細なロードマップがあります。すべてのマイルストーンを達成し、今では古典的な総当たり計算を超えた問題を探求できるシステムを手に入れました。さて、今日の残りのセッションでは、私が話したことの詳細やさらに多くのことをご覧いただけることを願っています。量子ユーティリティの年が到来しました。この旅にぜひご一緒ください。ありがとうございました。
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[0:06] Good morning. Let's take a minute to invite all our friends and colleagues to sit down so that we can get started. But first, welcome to the 2023 Quantum Summit. We could not be happier that you have joined us today. My name is Dario Gil. I am a senior vice president at IBM and the director of IBM Research. And wow, what a year 2023 has been from the perspective of technology.
[0:38] Look, computing from AI to semiconductors to quantum computing, it is once again driving markets and birthing industries and really igniting people all over the world. And the imaginations of what we're going to be able to do with technology. And I really believe that we are living in the most exciting times in the world of computing, probably since the advent of either the digital computers in the 1940s or the transistor in the late fifties.
[1:10] And really now with these new technologies, we begin to have an opportunity to start tackling problems that we didn't even think were possible to be addressed with the previous generation of technology. I'm proud to say that this year marks my 20th anniversary at IBM and thank you and I hope you all are getting to see that the company is just so different than it was even five years ago. And this is in no small part because of the foundational work that we carry out in the R&D community inside IBM.
[1:49] And frankly, the rate and pace at which we are commercializing technologies. Look, in my 20 years at IBM, I have never seen us commercialize technology at a faster pace than we're doing it today. We like to say that within the research division that we are the organic growth engine of the company and we're really relentlessly focused on how do we bring the innovations that we're developing in the R&D community and bring them into products.
[2:21] And I highlight as an example of that rate and pace, what we've done this year with AI. I mean, we all know that in the world of AI, you know, as far as the public is concerned, certainly has entered the public imagination of what is possible with that technology. We had become deeply passionate about the role of foundation models for quite a few years inside the research division. But this year we commercialize and created with an intensity that is unlike no other, a new platform to bring generative AI to the world of enterprises and government called watsonX.
[2:56] And we were able to do this in a matter of months. Back to this theme of commercializing technology faster than ever before, and people are really noticing. But of course there is more. There is the world of quantum. And look, I remember reading, you know, a few decades back some of the core ideas around quantum information, science and thinking how powerful those ideas were to become. And if you look at that journey now, they are becoming a reality. And the journey has been amazing.
[3:29] Recall that we made news in the context of the quantum industry in 2016 when we put the first quantum processor on the cloud and within a week we had five times more members that had joins and users than we had expected. And really that marked the moment where quantum computing became accessible to the world. First it showed to hundreds, then to thousands, and eventually to close to half a million people that quantum computing is something to be considered, embraced, and nurtured.
[4:02] Now, in 2017, we introduced Qiskit our Open Source Quantum SDK, and it has become the most widely used software development environment in the world for quantum. In fact, let me give you a statistic. Over 81% of quantum developers prefer it as do over half a million users. That same year we launched the IBM Quantum Network and it exploded. We now have over 280 members today and many of you are here today.
[4:32] So I thank you for that. In 2018, we also established the Quantum Innovation Centers, which have now grown to 38 worldwide. In 2019, we launched IBM Quantum System one. It was the world's first fully integrated and commercially available quantum computer. And since then we've been applying Quantum System Ones all over the world There are now system ones in Germany, Japan and Canada.
[5:05] More are being installed in South Korea, Spain, Japan and here in the US. All this activity is really fantastic and staggering and it is why we have come to call these past few years the era of the emergence of quantum computing. And during this time we have developed more quantum computing power and put it in the hands of more people than anyone else in the industry. Now, it's really been remarkable to see the problems that the community that we build together has been able to tackle.
[5:43] It really hasn't been easy. And but what's made it possible is our philosophy of continued rapid innovation in both hardware and software. In hardware we bought, we brought at least one quantum processor every year with a signature breakthrough. In 2019, we introduced Falcon, a 27 qubit processor. A year later, Hummingbird boasting 65 qubits. And in 2021 we broke the 100 qubit barrier with Eagle.
[6:19] And just last year we introduced Osprey with 433 qubits. And today, as promised, we're announcing Condor with a soaring 1121 qubits. With Condor, we have solved the problem of scaling, of qubit scaling. Now we're taking that knowledge and applying it as we build larger systems. And of course, we didn't stop there.
[6:50] We were also dedicated to improving gate quality and increasing the circuit depth. And that is why as excited as we are about Condor, we're even more excited about Heron. This is Heron, the most performant quantum processor in the world, and the one that will truly scale quantum computing. While Condor removed the roadblock to scale Heron pushes circuit depth and quality with its tunable coupler technology that I'm so proud to introduce today.
[7:29] And wow, if you look at the collective achievements on both on the hardware and the software and the ecosystem, let me give you a statistic that is remarkable. These are the number of circuits that have been executed on IBM Quantum's fleet, over 3 trillion of them. So if we recap what we have accomplished over the last few years, it really has been phenomenal. And in a moment to celebrate and we would say that that phase marked the emergence of quantum computing and that it is time now to move to a new, new era that we're humbly calling the era of utility.
[8:10] Utility is the theme of this quantum summit. And there was one key advancement that we believe marked the transition to this new and exciting era. In June, the team published a breakthrough in scaling quantum computation that was featured on the cover of Nature. The title of the paper is Evidence of Utility Before Full Tolerance in it, our team showed that we can now run large circuits with over 100 qubits and a circuit size of almost 3000 gates and extract noise free estimates from them.
[8:51] So simply put, this goes beyond what you can simulate with brute force. Classical computation and the implications are really huge. And I know so many of you jumped on it. This is what Marked the utility era. And now the community is running experiments in quantum systems today that have both a scale that is large enough to investigate the utility of quantum computing beyond brute force classical computation.
[9:24] And with this new era, we also bring a new system. So it is also my privilege to reveal to you a system like no other in existence a computer with an architecture that is powerful enough, modular and flexible enough to grow with us as we continue to march forward in this journey. So say hello to the IBM Quantum System Two.
[9:54] It is prime cooled and running 100 plus qubit problems just north of us at the TJ Watson Research Center in Yorktown Heights, New York. Look, this is not your typical stand alone system. This is truly a modular system that allows us to connect them into larger, more powerful quantum systems. That's why we call it the building block of quantum centric supercomputing. I truly believe that this era of utility will cement IBM Quantum as an important tool for science and business, and we're bringing this technology to all of you as fast as we're innovating it.
[10:40] But look, a system in the end is only as powerful and as useful as we make it, driven by simplicity. And that is why we are bringing the power of Watson and generative AI to make our quantum systems and Qiskit ever easier to use. I'm showing you here an early prototype, still not quite ready for prime time, but I wanted you to see the future today. Here you see that you can use natural language prompts to generate Qiskit code.
[11:14] And this is just the beginning. Imagine what the platform is going to feel like in the next few years as we bring and we will the full power of AI to our quantum platform. So this is today's IBM, more focused, faster, more open than ever before. And it really is an incredible moment and it feels very different than we've ever done before.
[11:44] Our CEO expresses that IBM is a hybrid cloud, and AI company. But make no mistake, when all of this is said and done, IBM will be a hybrid cloud. AI and Quantum Computing Company, a company that is dedicated to perfecting each of these powerful computing platforms, but also the tools to be able to combine them and extend them to achieve and solve problems beyond what we know is possible.
[12:17] And you, my friends, will be part of that journey and that mission. And on that note, I want to pass it on to the great Jay Gambetta, who's going to come on stage and share with you all the other amazing work and great advancements that have brought us all together today. Thank you. Thank Dario. Thanks, Dario.
[12:47] Good morning, everyone, and welcome to the IBM Quantum Summit. Thanks so much for joining us on our mission to bring useful quantum computing to the world and make the world quantum safe. It's great to see many of our clients and partners here. Without you, IBM Quantum would not be possible. Many of you have been with us for a while, but there are many new faces. So I wanted to take a moment and just acknowledge our new client clients and partners.
[13:19] We welcome quantum computational centers with BasQ, RPI and RIKEN. We also welcome new Quantum Innovation Centers with NQCC, KQC and the University of Copenhagen. Our new commercial partners are EY, Sorry, KPMG, T-systems and SAP and our new industry clients are Banco Bradesco, Dow, Hyundai, Israel Aerospace Industries, Itau, sorry, Moderna, Mitsubishi, Electronic, Pfizer and Truist.
[13:53] Thank you all. So now let's get started. As Dario said, we've entered a new era in the history of quantum computation. And we call this era the era of utility. We've done a lot of important work. We've learned a lot about quantum computing applications, for instance, and simulating nature data with structure, search and optimization. And we as the community have published thousands of papers.
[14:26] I think it's 2.5 thousand papers are being published, but there's a lot more we can do. Until recently, we could run most of the experiments on a laptop as a or as this graph shows. Even a 1981 IBM PC. We need a disruptive change if we want to extract utility from quantum. And earlier this summer we published a paper that shakes this up. We call it the utility paper.
[14:57] We showed that Quantum can tackle problems beyond brute force classical computing methods. And that's what we mean by quantum utility. I think of utility as the first milestone to the road to quantum advantage. We got here thanks to the novel error suppression and error mitigation methods. And in four years, we've been able to increase it by a thousand times. We can now run thousands of gates. And I want you to keep this in mind for the rest of the day.
[15:31] And what's more, in this utility era, we're starting to treat Quantum as the source of truth. And classical methods only serve to verify our results. And don't take my words for this. These are the words of many papers that simulated the results of this nature paper. But what's even more important is this past summer, we've seen at least six more utility experiments that have run quantum circuits with more than 100 qubits and using hundreds or even thousands of gates.
[16:04] These experiments are advancing fields that go beyond quantum computation. They're using quantum computing for quantum computing is now a tool for discovery. Discovering in scientific domains like material science, condensed matter, and particle physics. And we're starting to see this disruptive change. I was talking about. The community is using quantum computers to do things beyond what we can do with the classical simulation.
[16:36] And I hope you'll join this groundswell of disruptive change. You can start using quantum to explore scientific realms that weren't accessible before. I like to say, if you're not using 100 qubits, you're not doing quantum. So I'm going to bring Rajeev to the stage to tell you about what's next in hardware.
[17:13] Thank you, Jay. Good morning, everyone. So I'm going to talk to you a little bit about some of the systems we've put together for this era of utility. All right. So you've probably seen this roadmap that we've talked about in the past that we have been executing on for the past few years. From our 127 Qubit Eagle processor released a couple of years ago to our 433 qubit Osprey system announced last year.
[17:48] We've continued to deliver on these innovations, but I'm really thrilled to share about today is these exciting results from the work we have done on quantum systems this year. And we have two of them to talk about. First, in this area, we've been pushing scale to the limit, and we have done that with Condor, the world's largest quantum computing processor.
[18:19] No claps. All right. But Condor is a result of our exploration into single chip scaling. And fridge capacity, it pushes the limits of how many qubits can be put on a single chip and the ability to yield those qubits. So they work day in and day out, which I can tell you is not a trivial task. With Condor, we asked, what are our challenges that would come fitting over a thousand qubits into one chip and into one fridge, For example, on the left, you'll see how we've added layers of superconducting metal wiring to solve the density problem.
[19:05] And on the right you'll see a key metric of coherence Time is very similar between Condor and Osprey, which was our 433 qubit processor last year. So the learning on scale that we set out to get on this chip is off to a flying start and we're really excited about it. So just to summarize, Condor is our 1121 qubit chip. It features a 50% increase in qubit density and over a mile, a mile, Think about that, of super high density flex IO for signal delivery all fit within a single fridge. Wow.
[19:54] So the technology we put into Condor helped us figure out a key piece of the puzzle to solve the scaling problem. And that's behind us. But from our utility experiments, we know that gate depth and quality matters. And that's where the next step in our journey takes us. Don't get me wrong, we are super excited about Condor, but what we are really, really excited about is Heron.
[20:28] And here it is, my lovely assistant, Jay. They're going to show you a real life heron processor brought here, especially for you. Yes. Thank you. All right. Heron is a 133 qubit chip. Learn from our experience from fixed frequency qubits with a twist, making the couplers tunable to give us the flexibility we need. A little bit of a history lesson. Back in 2019, when we realized we had to do something different, the team really went back to the drawing board to explore new gate architectures.
[21:07] The results that you're about to see reflect the fruits of that labor. This is our first heron chip codenamed Monte-Carlo, and it's already showing significant improvements over our best eagle. It has half the gate error rate and some fidelities in the three nines. It's amazing. But what's more important, we virtually eliminated crosstalk. All right, I'll talk a little bit about it.
[21:39] And it has a significant improvement in gate time. This is going to give our users a huge advantage in the utility era and give us a solid foundation for where we can continue to scale our modular processors. Amazing. And now I'm going to show you over the next few little slides how much heron has really improved. So this is a measurement to assess qubit to qubit crosstalk, right? You'll see two curves on the right, the gray is the isolated qubit operation.
[22:15] And the darker line is where you address multiple qubits. You'll see that our best eagle signal clearly degrades over time. In the multi qubit operation. That's not what we wanted. And now you look at Heron in a very similar operation, it hardly shows any effect, barely a change. This is a big deal. So what does this all mean for our users?
[22:46] All right. The chart shows a metric we believe reflects the value statement of a utility scale processor. We didn't want to really look at just our best qubits. We wanted to look at all our qubits in a chain With Eagle, you can go back two years ago, we started at about 10% error per layered gate. In the last couple of years, we've been able to take that number down to the 2 to 3% range, but that's really not where we want it to be.
[23:18] Coming up, right with Heron, we show a 3x improvement in the error per qubit for these long chains of qubits. This is going to be huge. Now you'll see some difference in the two, the blue and the gray dots that reflect the difference between the 80 qubit chain and 100 qubit chain. Our goal is to get both of them looking the same next to where the gray bar is, and that's what we are in the process of improving.
[23:51] And our next version. Now let's look at performance. Herron's performance again is markedly better than Eagles. That allows us to run a lot more gates enabled by the lower gate time. You see some numbers there. Those are pretty good estimates, but it gives us a very, very clear runway to our goal of 5000 gates and beyond. And you're going to see a lot of that coming for the rest of the day.
[24:22] So how do you put it all together? Right. You have these nice numbers. What does it mean for when the users are using these processors? You'll see Herron is showing real performance improvements, where our users care. You've already heard about the utility paper from Dario and Jay Where we use similar techniques of error mitigation, it shows a 3 to 6x improvement over the eagle we leveraged in that paper. That is huge. This improvement becomes even more noticeable for longer experiments.
[24:59] And now the best part. I'm excited to announce that our first client Heron system called IBM Torino, is now available as an exploratory device in our New York data center. It has a long chain error rate of 100 qubits of less than 0.8%. Our best system ever. We are super excited to see how you use it.
[25:30] Look, this is a great example of four years of research and engineering that will power the rest of our roadmap. We strongly believe we have the right qubits and the right gates to make this a reality. Thanks for listening and we'll turn it over back to Jay. See ya! Yeah Thanks, Rajeev.
[26:01] So the hardware is truly looking great. Some of the gates are as good as three nines and you see our focus is focusing on getting the whole device to work really large. But you're all here because we generally have this tradition of ticking off the roadmap. So to the roadmap. Now we can tick off condor, and heron. If I click the button and we can tick off heron. Now we're in this utility era.
[26:33] The focus has got to be on performance stability and reliability. Utility era means we need our software to support utility scale workloads. And this means we've got to level up Qiskit. I really am excited to bring Jessie to the stage to talk you through what this means Thank you. Thank you Jay. Good morning, everyone. I'm here to tell you about Qiskit.
[27:06] Qiskit has been the de facto standard for creating, optimizing and executing quantum circuits and operators. In fact, Qiskit is the preferred SDK by the vast majority of quantum programmers. Qiskit's success is party because of its write once and run everywhere model That supports most major quantum hardware vendors and architectures, and now we are proud to announce that next year Qiskit will take a major step forward with the release of Qiskit 1.0.
[27:44] This new release will offer even more improvements in performance, stability and reliability. From now forward, we think of running a quantum application with a four-step pattern. And now I want to tell you how Qiskit can help you implement that pattern. Step one is to map problems to quantum circuits and operators. Qiskit has rich toolkits to efficiently construct these circuits and operators, and Qiskit 1.0 has added native support for dynamic circuits such as loops, branches and classical expressions.
[28:22] It has also made significant improvements on memory usage, reducing it by as much as 55% compared to a year ago. Step two is to optimize the inputs. The Qiskit transpiler is an industry leading tool for converting circuits to respect the constraints of the target hardware. In addition, the Qiskit transpiler has a pass manager. that gives you the flexibility to further customize the optimization you want to apply to your circuits and Qiskit 1.0, We see a substantial improvement in both speed and quality for the transpiler.
[29:00] The Qiskit Transpiler is now 16 times faster than a year ago and can generate 23% fewer two-qubit gates. Than another well known toolkit. We also started experimenting, using AI to further improve the transpilation process. This can be easily coupled with the existing Qiskit transpiler. Thanks to the flexibility of its pass manager using a reinforcement learning approach, we've seen a 20 to 50% improvement in both circuit depth and c-not counts compared to heuristic algorithms in Qiskit.
[29:38] The alpha release of this new AI transpiler is available today. And finally, step three is to execute these optimized circuits in primitives. The two primitives we have today sampler and estimater encapsulate the most common queries to a quantum processor. In Qiskit 1.0. We treat their interfaces to make them simpler, more consistent and more efficient in Qiskit runtime, We now support three different execution modes single job, Batch, and session.
[30:17] Running a standalone job was the traditional way of executing quantum circuits on small devices, and it can still be useful for testing and debugging. Last year we introduced sessions which allowed iterative workloads to complete without queuing delays for each iteration. A single session, however, may not be long enough for a real life workload in this utility era. So a session can soon be extended with multiple active windows to accommodate lengthy computations.
[30:52] This year we also added batch, which allowed you to submit multiple non-iterative queries at once. And now with batch execution mode, your workloads can run up to five times faster thanks to parallelism with threading. Thank you everyone. And now in the back to Jay Thanks. There to go.
[31:23] So there's a lot of updates coming to our software. But again, we have to go to the roadmap. What we promised on the Roadmap was threaded primitives. What we've delivered is a suite of execution modes. We call them single job, batch, and sessions. And so with that, we can tick off execution modes. So now that we've entered this new era, people are using quantum computation for doing more tools with discovery.
[31:58] This means we're seeing additional users with additional needs and requirements. And it's my pleasure to bring Paul to the stage to talk about how we're supporting these new users. You Jack. Thanks. Good morning, everyone. So as our hardware and software continue to improve, they open up new opportunities for users to integrate quantum computing into their platform.
[32:33] Having entered the Era of utility has opened up a new set of users that we call quantum computational scientists. Now, a quantum computational scientist is not interested in the quantum hardware itself, but rather in utilizing a machine to solve a distinct computational task. These quantum computational scientists value performance compatibility and ease of use over everything else, and thinking of how to try to satisfy these needs when it comes to quantum algorithms and applications has brought us to the idea of a Qiskit pattern.
[33:05] A Qiskit pattern is the sequence of four steps that all quantum algorithms and applications must follow. In step one, we generate quantum circuits and operators, most likely from classical input data. In step two, we take those quantum objects and we optimize them for execution on quantum hardware. Step three executes our experiment using the Qiskit primitives that we heard about and finally is step for, we post process the primitive output. Okay, now Qiskit patterns are more than just a collection of steps.
[33:36] They provide a logical framework from which we can begin to explore writing algorithms and applications at scale. Right. First, when you think in terms of steps, you highlight the foundational building blocks of which quantum workflows are built and how to leverage those components to create a diverse set of quantum routines. They also allow for containerization. A Qiskit pattern forms an entire quantum program, and we can begin to enhance pre existing workflows with quantum components.
[34:06] And finally, they allow for abstraction away from quantum circuits in operators, alleviating in users from working at the level of quantum assembly code. Okay. To see how this all works, let's take a look at a pattern designed for quantum chemistry. Right. So here it is. You see, again, the four steps were now each Step is comprised of a collection of blocks where each block performs a singular task. These blocks could be made by IBM, third party providers, or even open source contributors. If, for example, we want to change how the circuit and operator in this problem are constructed its a simple exchange of two blocks, leaving the rest of the pattern unchanged.
[34:46] We can take it a step further and we can say let's change the classical optimizer used in step three, and that's also easy to do. However, in this particular example, the optimizer itself is not a building block. This is because Qiskit patterns aims to leverage preexisting software frameworks such as the optimizes from Scipy in this case, and only build the core functionality needed for targeted quantum acceleration. This targeted approach comes in handy when looking at preexisting enterprise workflows, where only a small portion of the of the overall routine is amenable to a quantum solution.
[35:23] Using the same inputs and outputs as the original workflow. A qiskit pattern can be tailored to specific use cases in pipelines, streamlining the development and integration process. And finally, Qiskit patterns are designed to be used at scale. They can be enhanced with information about resource management. Thus optimizing their execution. A pattern can be uploaded to a heterogeneous computing infrastructure such as quantum serverless, allowing for streamlined execution.
[35:55] And finally, our pattern can be run unattended and utilized by end users with no knowledge of quantum computing whatsoever. Okay, so now this is a flavor of where we are going with Qiskit patterns and scalable algorithm and optimization design. And we're going to start rolling these components out beginning next year. However, with Quantum serverless already out in beta, you can begin to prepare for this today. So thank you very much.
[36:29] Thanks Paul So as you see, we're really trying to make quantum frictionless. On the roadmap We said we'd introduce prototype quantum functions and now you see we're starting to define that with what we mean by Qiskit patterns. So to the roadmap to tick off the progress, we now have a prototype way of creating what I envision to be software functions of the future and quantum serverless.
[37:00] So the utility paper has been the main focus of this talk far. But we made another announcement this year. We released a new error correcting code. It's a new low density parity check code that we actually call the gross code. This new code requires orders of magnitude fewer qubits than the surface code, and it scales more efficiently. But implementing this code requires new innovation. We need a new type of coupler to connect qubits that are further apart on the chip.
[37:31] We call these c couplets. It requires more connectivity on our qubits. Degree six. So here's our ultimate goal. We need a system that has c couplers to enable long range quantum connections on the chip in order to implement the code. We need l couplers to create large scale systems and transfer quantum information across the chips. And we need m couplers to transfer information short range between the chips to make bigger chips out of smaller chips.
[38:06] I hope you've seen that We've already proved there's plenty of utility to be had before full tolerance. And now we have a code that that scales better than the surface code, which means error correction is closer than we thought. But we don't currently have a path for error correction on our roadmap. And this means we're going to need a bigger roadmap.
[38:38] Here's our new roadmap. Let's take a tour. Let's take a tour on our development roadmap. It charts the path forward for our client-facing systems and services. Here you see, we are actually showing the number of gates our processors can run in a single circuit for the next five years.
[39:13] Sorry. Here we now show the number of gates that you can run on a single circuit rather than the number of qubits. And for the next five years, we're going to be tackling exactly that quality as opposed to scale. That is because we believe we've solved ssingle chip scaling with the condor. We have the tools we need to build larger systems. The bigger challenge is the tools we need for utility and to continue to improve the quality. So we're putting that front and center.
[39:46] over the next five years We're going to triple the number of gates our processors can run. What's more, Flamingo also includes that quantum communication, and we'll be able to bring at least seven QPU's connected or working together to create a system of thousands of qubits. But then something big happens in 2029. We have Starling. You can see a stark jump all the way to 100 million gates.
[40:18] To me, this is going to be a lot of algorithmic accuracy that we can code into our circuits. Starling is going to be a big a really big deal. It's going to require a lot of new technologies and we're going to take all those technologies and put them into a deployable system. Yes, that's error correction. We're going to say that in 2029 we'll have the first system with error correction.
[40:49] We're also going all the way to 2033 to show you our detailed plans for how we're going to scale to 1 billion gates. But we've realized we need more than a development roadmap. So we're introducing what we call the innovation roadmap. at IBM As you know, we're committed to being transparent about our progress. We want you to trust that we're making progress and we hope that you go on this journey with us.
[41:21] So as I said before, to achieve starling, we're going to need to develop m couplers, L couplers and C couplers. We're going to build the L couplers into Flamingo. We're going to build the M couplers into crossbill and we're going to build the C couplers in the kookaburra. combined with our software innovations this is going to continue us along the path towards useful quantum computing. We're actually putting a lot more in kookaburra. This includes a c couplers, the degrees six couplings, the software for decoding and the list just goes on and on.
[41:51] So I hope you accept that rather than delivering Kookaburra in the planned 2025, we're moving it out to 2026 so we can incorporate all of these effects. Innovations from the roadmap will bubble up into the development roadmap and eventually become available to our clients. The couplers we build with Flamingo, Crossbill and Kookaburra will let us introduce error correction. With starling.
[42:23] And with that, the road is clear to extending quantum utility. Thanks. From our users, we've learned We've learned a lot about the workloads people want to run. And we thank you for this. We now that running a single circuit is not enough. You want to run multiple in parallel and with concurrent classical computations.
[42:54] This is the quantum centric supercomputing that Dario mentioned in his talk. It is driving the vision behind all the updates you saw today. So just to do a recap, one, we have the IBM quantum system two. To me, it looks amazing. It's modular and it'll keep scaling us to the future. And the first one already has three herons inside it, two, heron, our performant system is already making utility workloads run five times better. I can't wait to see those results.
[43:24] Three, with Condor, we've solved single qubit scaling. four with support for parallelization. With the execution modes, batch and iterative workloads are going to run faster. Five, We've simplified quantum algorithms and introduced this concept called Qiskit patterns. Six We've created quantum Serverless and it's in beta. This means it's a much more stable and I'm really looking forward to you seeing it. But all of these were on our roadmap. I hope you also like the additions that were not on our roadmap that we've revealed to you.
[43:56] The first being Qiskit is going to become Qiskit 1.0 And it'll be fast and stable. As Dario mentioned, it's been a wild year in A.I. and we're bringing the full force of A.I. to simplify how quantum computers will be run. And we're introducing ways that we can use, like natural language to create quantum code. To me, this is a big deal. Nine We've actually introduced and showing how we can use A.I. to power coming up with better circuits, and this would be rolled out as a transpiler service in Alpha.
[44:31] You can start using it now. And finally, the 10th announcement is that we now have a ten-year roadmap for all of you that know how much we take the roadmap seriously, Putting a ten-year roadmap is a big deal and putting error correction on it is our commitment to how we're going to bring useful quantum computing to the world. And with that I would like to end by saying we're in the era of quantum utility, just like we said back in 2021, 2023 would be a big year.
[45:02] We have a clear, detailed roadmap for scaling up quantum computing. We've hit all our milestones and now we have systems capable of exploring problems beyond brute force classical computing. Now, I hope you enjoy the rest of the sessions today where you'll see a deep dive on the things I talked about and much, much, much more. The year of quantum utility is here, and I hope you'll come along with us on this journey. Thank you.
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IBM Researchによる「基調講演:量子ユーティリティの時代へ」(https://www.youtube.com/@ibmresearch)、CC BY 3.0(https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/)の下でライセンスされています。ソースビデオ:https://www.youtube.com/watch?v=De2IlWji8Ck。このページは、段落区切りとタイムスタンプを追加したビデオのテキストトランスクリプトです。作成者はVidleafと提携しておらず、Vidleafを推奨するものでもありません。VidleafはAIによる句読点とAI生成の要約を追加しました。元の文言はこのページで引き続き利用可能です。
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