Industrie & Technik

Auf dem Weg zum 4000-Qubit-Rechner

12.05.2022 - Neue Roadmap setzt auf schnelles Wachstum von Quantencomputern.

Das Unternehmen IBM hat diese Woche die Erweiterung der Roadmap für ein praxisnahes, large-scale Quanten­computing bekanntgegeben. Diese Roadmap enthält Details zu Plänen für neue modulare Archi­tekturen und Netzwerke, die es IBM Quantensystemen ermöglichen, eine höher Anzahl an Qbits zu erreichen – bis zu hundert­tausenden von Qubits. Um ihnen die Geschwin­digkeit und Qualität zu verschaffen, die für praktisches Quanten­computing erforderlich sind, plant IBM den weiteren Aufbau einer zunehmend intelli­genten Software-Orchestrierungs­schicht zur effizienten Verteilung von anfallenden Arbeiten und zur Beseitigung von Infrastruktur­problemen.

Die Arbeit, die eine Ära des praktischen Quanten­computings einleiten soll, stützt sich auf drei Säulen: robuste und skalierbare Quanten­hardware, modernste Quanten­software zur Orchestrierung und Aktivierung zugänglicher und leistungs­fähiger Quanten­programme und ein breites globales Ökosystem quantenfähiger Organisationen und Gemeinschaften. „In nur zwei Jahren hat unser Team unglaubliche Fortschritte bei unserer bestehenden Quanten-Roadmap gemacht. Die Umsetzung unserer Vision hat uns eine klare Sicht auf die Zukunft der Quanten-Computer gegeben und uns gezeigt, was erforderlich ist, um uns in die praktische Ära des Quanten­computing zu bringen“, sagte IBM-Forschungs­direktor Dario Gil. „Mit unserer Quiskit Runtime Plattform und den in unserer Roadmap dargelegten Fortschritten in den Bereichen Hardware, Software und Theorie wollen wir eine Ära quanten­zentrierter Supercomputer einläuten, die unser Entwickler-Community sowie unseren Partnern und Kunden große und leistungsstarke Rechengebiete erschließen wird.“

IBM hat seine Quanten­roadmap 2020 angekündigt. Seitdem hat das Unternehmen jedes Ziel in seinem Zeitplan erreicht. Dazu gehört „IBM Eagle“, ein 127-Qubit-Prozessor mit Quanten Circuits, der nicht zuverlässig exakt auf einem klassischen Computer simuliert werden kann und dessen Architektur die Grundlage für Prozessoren mit immer mehr Qubits gelegt hat. Darüber hinaus hat die Firma über die Qiskit Runtime-Softwareplattform, das containeri­sierter Quanten-Computing-Service und -Programmier­modell, eine 120-fache Beschleunigung der Möglichkeit zur Simulation eines Models erreicht. Im weiteren Jahresverlauf erwarten die Entwickler, die zuvor in ihrer Roadmap festlegten Ziele weiter umzusetzen und ihren 433-Qubit-Prozessor „IBM Osprey“ vorzu­stellen.

2023 wird IBM seine Ziele der Schaffung einer reibungslosen Entwicklungs­erfahrung mit Qiskit Runtime und direkt in der Cloud erstellten Workflows weiter vorantreiben, um einen server­losen Ansatz in den zentralen Quanten-Software-Stack zu integrieren und Entwicklern mehr Einfachheit und Flexibilität zu bieten. Dieser serverlose Ansatz stellt auch einen entscheidenden Schritt zur intelli­genten und effizienten Verteilung von Problemen zwischen Quanten- und klassischen Systemen dar. Im Bereich Hardware soll „IBM Condor“, den weltweit ersten universellen Quanten­prozessor mit über 1.000 Qubits, vorgestellt werden.

Mit dieser neuen Roadmap zielt IBM für seine Quanten­prozessoren auf drei Stufen der Skalierbarkeit ab. Die erste umfasst die Schaffung von Funktionen zur klassischen Kommunikation und Paralleli­sierung von Abläufen über mehrere Prozessoren hinweg. Dies wird den Weg zu einer breiteren Reihe von Techniken eröffnen, die für praktische Quanten­systeme erforderlich sind, wie etwa verbesserte Fehler­minderungs­verfahren und intelligente Orchestrierung von anfallenden Arbeiten, indem klassische Rechen­ressourcen mit Quanten­prozessoren kombiniert werden, deren Größe erweitert werden kann. Der nächste Schritt bei der Bereitstellung einer skalierbaren Architektur enthält die Implemen­tierung von Chip-Kopplern mit kurzer Reichweite. Diese Koppler werden mehrere Chips zur Bildung eines einzigen und größeren Prozessors eng miteinander verbinden und werden grundlegende Modularität ermöglichen, die den Schlüssel zur Skalierung darstellt.

Die dritte Komponente, um eine echte Skalier­barkeit zu erreichen, umfasst die Bereitstellung von Quanten­kommunikations­verbindungen zwischen Quanten­prozessoren. Dazu wurden Quanten­kommunikations­verbindungen vorgeschlagen, um Cluster zu einem größeren Quantensystem zu verbinden. Alle drei Skalierbarkeits­techniken werden für das Ziel von IBM für 2025 eingesetzt: ein 4.000+ Qubit-Prozessor, der mit mehreren Clustern modular skalierter Prozessoren erstellt wird.

IBM / JOL

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