IBM hat erfolgreich zwei Kryomodule in einer gemeinsamen Umgebung integriert und gekühlt. Dieser Schritt ist laut Unternehmen entscheidend für die Skalierung von Quantensystemen, die letztendlich Hunderte von Quantenchips miteinander verbinden können. Die Errungenschaft untermauert IBMs Zeitplan für die Auslieferung von IBM Quantum Starling im Jahr 2029. Das System soll der erste fehlertolerante Quantencomputer sein und Fortschritte in den Bereichen Fehlerkorrektur, Prozessordesign, Dekodierung und Systementwicklung insgesamt integrieren.
Das Innere des skalierbaren und modularen Kryosystems von IBM zur Unterstützung fehlertoleranten Quantencomputings. (Bildnachweis: IBM)
Die kombinierte Zweimodulanordnung misst über 2,4 Meter in der Höhe und Breite. Bei ersten Tests kühlten die Module gemeinsam in weniger als fünf Tagen auf 4 Kelvin, die Temperatur von flüssigem Helium, ab und erreichten kurz darauf unter 15 Millikelvin – mehr als 180-mal kälter als im Weltraum. Die Vakuumkapsel jedes Moduls bietet bis zu zwölfmal mehr Platz für Verdrahtung als die gängigsten Quantensysteme von IBM. Diese Designänderung ermöglicht eine höhere Dichte an Chip-zu-Chip-Verbindungen sowohl innerhalb einzelner Module als auch zwischen verbundenen Modulen.
Die Module sind kastenförmig aufgebaut und lassen sich so in einer engen Reihe anordnen. Diese Anordnung ermöglicht in Kombination mit dem zusätzlichen Platz für die interne Verdrahtung die direkte Verbindung von Quantenprozessoren mittels IBMs L-Koppler-Technologie. L-Koppler verbinden separate Quantenchips und ermöglichen ihnen so den Informationsaustausch und das Zusammenwirken als Komponenten eines größeren Quantencomputers.
Verknüpfung von 1,000 Qubits
IBMs Roadmap sieht vor, bis 2027 mehrere Prozessoren mittels L-Kopplern zu einem Gesamtsystem mit mindestens 1,000 programmierbaren Qubits zu verbinden. Programmierbare Qubits sind solche, die direkt für Berechnungen verwendet werden können. Im Rahmen dieser Bemühungen plant IBM, seine Quantum Nighthawk-Prozessoren noch in diesem Jahr in die Kryomodule einzubauen, um die Leistungstests fortzusetzen. Sobald Starling einsatzbereit ist, sollen die Kryomodule Tausende von Qubits enthalten.
IBM stellte seine Pläne für Starling erstmals im vergangenen Jahr vor und präsentierte einen Fehlerkorrekturcode, der den für die Fehlertoleranz benötigten physischen Ressourcenaufwand deutlich reduzieren soll. Seit dieser Ankündigung hat das Unternehmen kontinuierliche Fortschritte gemeldet, darunter Demonstrationen von Kernhardwarekomponenten und Verbesserungen bei der effizienteren Fehlerkorrekturdecodierung.
Das Innere des skalierbaren und modularen Kryosystems von IBM zur Unterstützung fehlertoleranten Quantencomputings. (Bildnachweis: IBM)
Beschleunigung des Entwicklungszyklus
„Die Einführung fehlertoleranter Quantencomputer in der Industrie hängt von mehreren grundlegenden Fortschritten ab“, sagte Jay Gambetta, Direktor der IBM-Forschung und IBM Fellow. „Die erfolgreiche Anbindung und der Betrieb dieser Kryomodule stellen einen Quantensprung in diese Richtung dar und werden unseren Fortschritt zusammen mit kontinuierlichen Innovationen in den Bereichen Quantenhardware, -software und -algorithmen beschleunigen.“
IBM erwartet, dass die modulare Kryoarchitektur den Entwicklungszyklus beschleunigt. Drei Kernkomponenten der System-Two-Umgebung sind nun in das neue Moduldesign integriert. Dadurch kann jede Komponente unabhängig getestet, optimiert und iterativ verbessert werden, anstatt als Teil einer einzigen integrierten Einheit. IBM wertet die abgeschlossene Modulintegration als Beweis dafür, dass das Unternehmen seinen veröffentlichten Quantenfahrplan weiterhin erfolgreich umsetzt und damit eine weitere technische Hürde auf dem Weg zum fehlertoleranten Quantencomputing überwindet.
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