TLDR : IBM plant den Bau von Quantum Starling, einem groß angelegten, fehlerresistenten Quantencomputer, der die aktuellen Quantenmaschinen bei weitem übertreffen soll.
IBM stellte gestern seinen Fahrplan für Quantum Starling vor, einen groß angelegten und fehlerresistenten Quantencomputer. Dieses System, das 20.000-mal mehr Operationen als aktuelle Quantenmaschinen ausführen können soll, wird in seinem brandneuen Quantenrechenzentrum in Poughkeepsie, New York, gebaut.
Geplant für 2029, soll Quantum Starling 200 logische Qubits integrieren und die Ausführung von 100 Millionen Quantenoperationen ermöglichen. Es wird die Grundlage des zukünftigen Systems "Blue Jay" bilden, das eine Milliarde Operationen dank 2.000 logischer Qubits anstrebt.
Ein logisches Qubit ist eine Recheneinheit, die aus mehreren physischen Qubits besteht. Gemeinsam speichern diese Qubits eine Quanteninformation und korrigieren aktiv Fehler, die die Berechnung stören könnten. Dieser Mechanismus ist entscheidend, da aktuelle Quantencomputer sowohl durch die geringe Anzahl an verfügbaren logischen Qubits als auch durch eine hohe Fehlerquote begrenzt sind, was die zuverlässige Ausführung komplexer Schaltkreise erschwert.
Um diesen Meilenstein zu erreichen, setzt IBM auf die "quantum Low-Density Parity Check" (qLDPC)-Fehlerkorrekturcodes, die kürzlich in Nature hervorgehoben wurden. Diese Codes ermöglichen eine Reduzierung der benötigten physischen Qubits zur Fehlerkorrektur um bis zu 90 % im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen und ebnen so den Weg für eine realistischere Skalierung von Quantenarchitekturen.
Ein Schritt zum Quantenüberlegenheit
Dank seiner Quantum Eagle und Quantum Heron Prozessoren hat IBM gezeigt, dass seine Quantensysteme bestimmte Berechnungsklassen effizienter als klassische Computer ausführen können.
Die Entwicklung von Quantum Starling wird auf ihren Nachfolgern aufbauen. IBM plant, bereits 2025 den Einsatz des "Quantum Loon"-Prozessors, der entwickelt wurde, um die Schlüsselelemente der qLDPC-Architektur zu validieren, insbesondere die "C-Typ-Koppler", die Langstreckenverbindungen zwischen Qubits auf einem Chip sicherstellen.
Im Jahr 2026 wird der "Quantum Kookaburra"-Prozessor die erste vollständige modulare Architektur einführen, die Quanten-Speicher und Rechenlogik kombiniert. Diese Modularität wird 2027 mit "Quantum Cockatoo" erweitert, das "L-Typ-Koppler" verwenden wird, um zwei Kookaburra-Module stabil zu verbinden. Das Ganze bereitet den Übergang zu Mehrchip-Systemen vor, die in der Lage sind, komplexe Quantenkreise unter Bedingungen von Energieeffizienz und optimierter Integration auszuführen.
Die anvisierten Anwendungsbereiche umfassen die molekulare Modellierung, die Entdeckung neuer Materialien, die Quantenchemie oder auch die groß angelegte Optimierung. All dies sind Bereiche, in denen die Rechenanforderungen heute die Kapazitäten bestehender Maschinen übersteigen und in denen die Stabilität der Berechnungen wirklich fehlerresistente Quantenarchitekturen erfordert.