Neue Quantencomputing-Roadmap

IBM will bis 2023 einen 1121-Qubit-Prozessor lancieren

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von Yannick Chavanne und Übersetzung von Milena Kälin

IBM hat eine Roadmap auf dem Gebiet des Quantencomputings vorgestellt. Bis 2023 will IBM einen 1121-Qubit-Prozessor lancieren. Der Hersteller erklärt, wie er den Zustand der Qubits in immer grösseren Systemen über einen ausreichend langen Zeitraum überwachen will.

Das Innere eines Quantencomputers mit 50 Qubits. (Source: Graham Carlow)
Das Innere eines Quantencomputers mit 50 Qubits. (Source: Graham Carlow)

IBM hat seine Ambitionen im Quantencomputing enthüllt und eine Roadmap vorgestellt. Vor einigen Wochen kündigte der Hersteller ein Hardware- und Software-Upgrade an, das es ihm ermöglichte, ein Quantenvolumen von 64 zu erreichen. Das Quantenvolumen gibt die relative Komplexität eines Problems an, das mit diesen Computern gelöst werden kann.

Das IBM Q System One hat heute 65 Qubits und sein Entwickler möchten weiter darauf aufbauen. Gemäss der veröffentlichten Roadmap wird das System im Jahr 2021 bereits 127 Qubits, im Jahr 2022 dann 433 Qubits und im Jahr 2023 insgesamt 1121 Qubits erreichen. Ausserdem glaubt IBM, dass eine Million Qubits keine Utopie ist.

Immer grössere Systeme sind schwieriger zu kontrollieren

Die Erhöhung der Kapazität von Quantenprozessoren ist offensichtlich keine leichte Aufgabe. Aufgrund der Interaktion mit der Aussenwelt vergessen Qubits schnell ihren Quantenzustand. Dieser Speicherverlust stellt die grösste Herausforderung im Quantencomputing dar. Die Herausforderung besteht darin, den Zustand von Qubits in immer grösseren Systemen lange genug und mit möglichst wenig Fehlern konrollieren zu können, erklären die IBM-Forschenden.

Für den Entwurf des 127-Qubit-Prozessors wird IBM unter anderem die Dichte der elektronischen Schaltungen und die Verkabelung auf mehreren Ebenen optimieren. Das Ziel ist es, "effizient eine hohe Dichte von Steuersignalen zu verteilen und gleichzeitig die Qubits in einer separaten Schicht zu schützen, um hohe Kohärenzzeiten zu erhalten." Für den nächsten Schritt (433 Qubits) sollte durch effizientere und dichtere Kontrollen sichergestellt werden, dass die Kapazitätssteigerung nicht zu Lasten der individuellen Leistung der Qubits geht (insbesondere wegen dem Auftreten von zusätzlichem Rauschen). Was die 1121-Qubit-Grenze betrifft, so ist IBM der Ansicht, dass sie überschritten werden kann, wenn man die aus früheren Prozessoren gewonnenen Erkenntnisse einbezieht und gleichzeitig die kritischen Fehler weiter reduziert, um längere Quantenschaltungen betreiben zu können.

Ein riesiger "Superkühschrank"

Da Quantencomputer nur bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten, können diese Schritte nicht ohne die Konstruktion eines "Superkühlschranks", eines sogenannten Verdünnungskryostaten, durchgeführt werden. Dieser muss in der Lage sein, immer grössere und leistungsfähigere Systeme effektiv zu kühlen und zu isolieren. IBM arbeitet daher an der Konstruktion eines "Superkühlschranks", der besonders gross sein wird. Er soll drei Meter hoch, zwei Meter breit und fähig sein, eine Million Qubits zu kühlen. "Wir stellen uns eine Zukunft vor, in der Quantenverbindungen Verdünnungskryostaten mit jeweils einer Million Qubits miteinander verbinden werden, so wie das Intranet Supercomputer-Prozessoren verbindet", sagen die IBM-Forschenden.

Für weitere technische Details lesen Sie den Blog-Eintrag von Jay Gambetta, Vizepräsident von IBM Quantum.

IBM partnert vor kurzem mit Crealogix. Zusammen möchten sie digitale Tools zur Beratung von Banken lancieren. Mehr darüber erfahren Sie hier.

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