IBM setzt darauf, dass zwei Quantenchips leisten können, was einer allein nicht schafft. Doch sie zuverlässig zusammenarbeiten zu lassen, könnte die eigentliche Bewährungsprobe für die Ambitionen des Unternehmens bei 1.000 Qubits sein.
Am 11. November stellte IBM seinen Prozessor der nächsten Generation vor: IBM Quantum Nighthawk r3. Er ist dafür ausgelegt, 10.000 Quantenoperationen über 520 programmierbare Qubits hinweg auszuführen. Statt mehr Qubits auf ein einziges Stück Silizium zu packen, will IBM im kommenden Jahr zwei r3-Chips zu einer einzigen Maschine mit 1.040 Qubits verbinden.
Doch vierstellige Qubit-Zahlen zu erreichen, ist nur ein Teil der Herausforderung. IBM muss außerdem zeigen, dass die Prozessoren Quanteninformationen zuverlässig austauschen können und größere Systeme nützliche Berechnungen ausführen können, ohne dass Fehler die Ergebnisse überlagern.
Geschwindigkeit vor Skalierung
Quantencomputer erzeugen Antworten durch statistische Stichproben. Das bedeutet, dass jeder Programmlauf ein einzelnes Ergebnis liefert und komplexe Probleme Milliarden von Wiederholungen erfordern. IBMs aktueller Prozessor Nighthawk r2, der im September auf den Markt kam, geht diesen Engpass mit spezieller Hardware an, die die Qubit-Energie zwischen den Durchläufen schnell abbaut.
IBM zufolge haben Kunden und Partner auf Nighthawk r2 mehr als 34 Milliarden Schaltkreise ausgeführt und dabei eine bis zu 19-mal höhere Geschwindigkeit als mit den älteren Heron-Prozessoren erzielt. Das deutsche Energieunternehmen E.ON verzeichnete bei der Optimierung des Stromnetzes eine 15-fache Beschleunigung, während Algorithmiq Materialsimulationen achtmal schneller durchführte.
„Nützliche Quanteninformatik hängt davon ab, ob Ergebnisse präzise und schnell geliefert werden können – beides ist grundlegend“, sagte Jay Gambetta, Forschungsdirektor bei IBM.
Die Roadmap wird neu geschrieben
Um über einen einzelnen Chip hinaus zu skalieren, setzt IBM auf modulare Verbindungen namens L-Coupler sowie auf verbundene Kryokühlschränke, die auf unter 15 Millikelvin gekühlt werden.
Ars Technica berichtet, dass dieser Dual-Chip-Plan IBMs bisherige Roadmap stillschweigend neu gestaltet. Ursprünglich wollte IBM 2026 ein System mit 360 Qubits bauen, indem drei Chips mit jeweils 120 Qubits verbunden werden, und 2027 ein System mit 1.080 Qubits, indem neun kleinere Prozessoren aneinandergereiht werden.
Stattdessen übersprang IBM das Multi-Chip-System für 2026 und vervierfachte die Zahl der programmierbaren Qubits auf Nighthawk r3. Damit steigt die Gesamtzahl der physikalischen Bauelemente auf dem Chip auf 2.034, sodass IBM statt neun nur zwei Prozessoren verbinden muss.
Was eWEEK herausgefunden hat: Die fehlenden Verbindungen zum praktischen Quantencomputing
Während die Hardware-Ankündigungen von IBM auf schnelle Durchsatzsteigerungen hindeuten, offenbart ein genauer Blick auf die technischen Angaben drei kritische Lücken, die heutige Maschinen noch von kommerzieller Fehlertoleranz trennen:
Die Lücke bei der Verbindungsgenauigkeit
Die Verbindung separater Quantenprozessoren bleibt eine der schwierigsten technischen Hürden der Informatik. IBM berichtet, dass die Verbindung früherer Nighthawk-r1-Prozessoren mit vier L-Couplern eine maximale Übertragungstreue von Quantenzuständen von 99,3 % (und durchschnittlich 99,0 %) ergab.
Diese Lücke ist relevant, weil beim Übertragen von Quanteninformationen zwischen Chips eingeführte Fehler sich mit wachsender Systemgröße anhäufen können. Dadurch werden zuverlässige Berechnungen mit mehreren Prozessoren schwieriger.
Darüber hinaus erklärte Oliver Dial, IBMs Vizepräsident für Quantensysteme, gegenüber Ars Technica, dass das Unternehmen noch ermittelt, wie viele Coupler erforderlich sind, um Chips mit fehlerkorrigierten Qubits effektiv zu verbinden.
Nicht bewiesene Hardware und Benchmarks
Nighthawk r3 ist weiterhin ein für 2027 geplanter Prozessor und kein kommerziell verfügbares System. IBMs aktuelle Leistungsdaten stammen von früherer Hardware. Die Fehlerraten, Zuverlässigkeit und Leistung des größeren Chips unter anspruchsvollen Arbeitslasten sind daher noch nicht bewiesen.
Das Defizit bei logischen Qubits
Eine größere Zahl physikalischer Qubits führt nicht automatisch zu mehr zuverlässiger Rechenleistung. Fehlertolerante Quantencomputer kombinieren mehrere physikalische Qubits zu fehlerkorrigierten logischen Qubits, die Informationen trotz Hardwarefehlern bewahren sollen.
IBMs Nighthawk-Roadmap konzentriert sich darauf, Quantencomputing in naher Zukunft durch Fehlerbegrenzung zu verbessern. Die separate Roadmap zur Fehlertoleranz zielt dagegen auf Systeme ab, die eine dauerhafte Fehlerkorrektur ermöglichen.
1.040 physikalische Qubits zu erreichen, wäre daher ein Skalierungsmeilenstein – kein Beweis dafür, dass IBM fehlertolerantes Quantencomputing erreicht hat.
Das Wichtigste für Unternehmen
Für IT-Verantwortliche in Unternehmen signalisiert IBMs engere Verzahnung von klassischem Hochleistungsrechnen und Quanten-Workflows, dass hybride Experimente bereits heute möglich sind. Dieser Ansatz half RIKEN und der Cleveland Clinic, 608 Millionen biologische Proben 33-mal schneller zu verarbeiten.
Dennoch sollten Unternehmen das System mit 1.040 Qubits für 2027 als Forschungsmeilenstein betrachten und nicht als Ersatz für klassische Infrastruktur. Produktionspläne sollten daher weiterhin eher an IBMs Ziel für 2029 ausgerichtet werden, das fehlertolerante Starling-System zu entwickeln.
In der Zwischenzeit können sich Unternehmen, die Quantencomputing erkunden, auf die Identifizierung von Arbeitslasten konzentrieren, bei denen herkömmliche Systeme vor erheblichen Rechenherausforderungen stehen.
Frühe Experimente in der Materialwissenschaft, Molekülsimulation und Optimierung könnten Unternehmen dabei helfen zu ermitteln, wo Quantenfähigkeiten letztlich messbare Vorteile bringen könnten.
IBMs nächste Herausforderung besteht darin zu zeigen, dass seine größeren Prozessoren auch im Verbund eine zuverlässige Leistung aufrechterhalten können.
Der Erfolg der überarbeiteten Roadmap wird nicht nur davon abhängen, höhere Qubit-Zahlen zu erreichen, sondern auch davon, ob diese zusätzlichen Qubits zunehmend komplexe Berechnungen unterstützen können, ohne untragbare Fehler einzuführen.
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