IBM aktualisiert Quantum-Roadmap für Skalierbarkeit, Modularität, K-Level-Qubit-Anzahl


IBM kündigte eine Überarbeitung seiner (ursprünglichen) Quantencomputing-Roadmap für 2020 an, die einen erneuten Fokus auf die Skalierung von Quantencomputing durch eine Verdoppelung auf Modularität und quantenfähige Netzwerke bringt. In einer Zeit, in der Verzögerungen die Norm sind, schafft das erneute Bekenntnis von IBM zu seinen Quantencomputing-Bemühungen Vertrauen in die Wahl des Unternehmens hinsichtlich Framework, Qubits und Softwareentwicklung und führt früher als erwartet zum sogenannten Quantenvorteil.

IBM Roadmaps zum Quantencomputing.

Die ursprüngliche Roadmap von IBM hoffte, ab 2026 mehr als 1 Million Qubits zu erreichen. (Bildnachweis: IBM)

Laut IBM wird sich seine überarbeitete Quantencomputing-Vision auf drei entscheidende Säulen konzentrieren: robuste, modular skalierbare Quantenhardware; die optimierte Quantensoftware, die zum Ausführen erforderlich ist; und Ermöglichung von Wachstum durch Community- und Forschungspartnerschaften mit quantenfokussierten Gruppen.

Die Qiskit Runtime-Plattform des Unternehmens, ein Programmiermodell, das es Forschern und Entwicklern ermöglicht, die Lücke zwischen klassischen und Quanten-Workloads zu schließen, steht an vorderster Front dieser Bemühungen. Und es ist interessant festzustellen, dass IBM davon ausgeht, dass Quantenanwendungen bis mindestens 2024 im Prototypenstadium bleiben werden.

„In nur zwei Jahren hat unser Team unglaubliche Fortschritte auf unserer bestehenden Quanten-Roadmap gemacht. Die Umsetzung unserer Vision hat uns einen klaren Einblick in die Zukunft von Quanten gegeben und was es braucht, um uns in das praktische Quantencomputer-Zeitalter zu führen“, sagte Darío Gil, Senior Vice President, Forschungsdirektor, IBM. „Mit unserer Qiskit Runtime-Plattform und den Fortschritten bei Hardware, Software und theoretischen Zielen, die in unserer Roadmap skizziert sind, beabsichtigen wir, eine Ära quantenzentrischer Supercomputer einzuläuten, die unserer Entwicklergemeinschaft, Partnern und anderen große und leistungsstarke Rechenräume eröffnen wird Kunden.“

Die erneuerte Roadmap von IBM führt eine Reihe zusätzlicher Quantencomputing-Chips ein, die auf der Grundlage dieses modularen Ansatzes entwickelt wurden. Es fügt Details hinzu, wo vorher keine waren, und stellt uns die Produkte vor, die IBM für 2024 und 2025 erwartet. Diese werden erwartungsgemäß zu einer Erhöhung der Roh-Qubit-Anzahl führen. 2024 sollte IBM seine Flamingo-Plattform mit mehr als 1.386 Qubits einführen. Es scheint, dass 2025 die Quantencomputing-Entwicklungen eine kritische Masse erreichen könnten, da IBM dann erwartet, seine „Kookaburra“ QPU (Quantum Processing Unit) einzuführen, die erstaunliche 4.158+ Qubits in einem einzigen Quantenpaket kapselt. Als Referenz: Die aktuelle QPU von IBM, Eagle, besitzt nur 127 Qubits.

IBM Roadmaps zum Quantencomputing.

Die neue, überarbeitete Roadmap von IBM bietet viel mehr Informationen über die zukünftige Produktentwicklung des Unternehmens (insbesondere in den Abteilungen Skalierung und Modularität). Es zügelt auch die Referenz von über 1 Million Qubits für 2026 und darüber hinaus. (Bildnachweis: IBM)

Die Roadmap von IBM zeigt die Vorteile der modularen Skalierung. Kookaburra scheint die Anzahl der miteinander verbundenen Quantenchips zu verdreifachen, von drei Chips, die mit Flamingo eingesetzt werden, auf Kookaburras neun. Es ist klar, dass IBM immer noch nicht sicher ist, wo im Reich der Qubit-Anzahl Flamingo landen wird, aber es scheint 1.386 Qubits als Mindestdichte festgelegt zu haben. Fortschritte bei der Fehlerkorrektur könnten sich hier als entscheidend erweisen, da die Reduzierung der Anzahl der Qubits in aktiven Fehlerkorrekturaufgaben ein todsicherer Weg ist, die Anzahl der „nützlichen Qubits“ zu erhöhen.

Aber wie wird diese Modularität erreicht? IBM muss mindestens drei Probleme lösen. Die erste umfasst den Aufbau von Systemen, die in der Lage sind, klassisch mit mehreren QPUs zu kommunizieren und Operationen über mehrere QPUs hinweg zu parallelisieren. Das Unternehmen erwartet, dass seine Arbeit in diesem Bereich zu Verbesserungen bei der Fehlerkorrektur führt und gleichzeitig die Workload-Orchestrierung von Quantencomputern beschleunigt.

Dazu muss das Unternehmen diese QPUs verbinden und miteinander kommunizieren lassen. Zu diesem Zweck entwickelt IBM Koppler auf Chipebene, die eine Kurzstreckenkommunikation zwischen Chips ermöglichen – im Wesentlichen ein MCM-Ansatz (Multi-Chip-Modul) für Quanten. Ähnlich wie AMDs gemunkelter Ansatz für seine Radeon 7000-Serie besteht das Ziel darin, mehrere kleinere, einfacher herzustellende Chips zu haben, die so nahtlos und abstrahiert wie möglich zusammenarbeiten. Warum Lehren aus klassischen Halbleitern ignorieren?

Die dritte Komponente verlagert den Fokus hin zur vollständigen Skalierbarkeit, indem Quantenkommunikationsverbindungen zwischen einzelnen Quantenprozessoren bereitgestellt werden. Dies ist die Technologie, die es IBM ermöglichen wird, von einem einzelnen Chip der Kookaburra-Klasse (mit seinen neun miteinander verbundenen MCM-ähnlichen QPUs) auf die Skalierung auf Serverebene zu skalieren, indem mehrere Kookaburra-Chips miteinander verbunden werden können. Es ist derzeit unklar, welche Technologien IBM bei diesem Skalierungsschub verfolgen wird, aber die jüngsten Fortschritte in der Quantenphotonik machen sie zu wahrscheinlichen Kandidaten.

IBMs System One

Ein Ingenieur fummelt an IBMs Quantum One herum. (Bildnachweis: IBM)

All diese Technologien und Fortschritte sind notwendig, wenn IBM sein Ziel für 2025 erreichen will, mehr als 4.000 Qubits in einer einzigen QPU zu packen. Das Unternehmen weiß, dass es sich mit seinem gewählten Ansatz für Quantencomputing in einem halsbrecherischen Wettlauf um die Eroberung des Quantencomputing-Marktes befindet, und es hat Jahre des Aufbaus von Ökosystemen hinter sich. IBM beabsichtigt, seine Roadmap-Entwicklungen zunächst in sein IBM Quantum System Two zu integrieren, das als Vorzeigehardware und Testgelände für die neue Technologie dienen wird.

Es bleibt abzuwarten, ob IBM mit seinen Quantencomputing-Technologien die Ziellinie überqueren kann. Microsoft verfolgt mit seiner Suche nach den berühmten topologischen Supraleiter-Qubits einen ganz anderen Weg, ebenso wie eine Reihe anderer Unternehmen wie LiteOn, Ampere, Riggeti und IonQ. Und im Gegensatz zu überlagerten Quantenzuständen lässt der Markt nur Sieger oder Verlierer zu.

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