Virksomheden har afsløret nye innovationer inden for kvantehardware og software, som forskere håber vil gøre kvanteberegning både fejlsikkert og nyttigt inden slutningen af tiåret
En gengivelse af IBMs foreslåede Quantum Supercomputer
På mindre end fem år har vi adgang til en fejlfri kvante-supercomputer-så siger IBM. Virksomheden har præsenteret en køreplan for at bygge denne maskine, kaldet Starling, der er beregnet til at være tilgængelig for forskere på tværs af akademia og industri i 2029.
”Dette er videnskabsdrømme, der blev teknik,” siger Jay Gambetta hos IBM. Han siger, at han og hans kolleger nu har udviklet alle de stykker, der er nødvendige for at få Starling til at arbejde, og dette gør dem sikre på deres ambitiøse tidslinje. Den nye enhed vil blive huse i et datacenter i New York, og Gambetta siger, at det kan være nyttigt for producenter af nye kemikalier og materialer. Sådanne computere betragtes som især egnede til at simulere materialer på kvanteniveau.
IBM har allerede lavet en hel flåde af kvantecomputere, men stien mod en virkelig nyttig enhed er ikke ligetil – og det er heller ikke blottet for konkurrence. Fejl fortsætter med at forkæle mange forsøg på at bruge kvanteeffekter til at løse problemer, som de bedste konventionelle supercomputere ikke kan.
På grund af dette er bygning af kvantecomputere, der korrigerer deres egne fejl-der er “fejltolerante”-nøglen. Så gør disse enheder større og dermed mere kraftfulde. Der er ingen konsensus om den bedste tilgang til at tackle hverken udfordring, så forskerteam forfølger en række strategier.
Alle kvantecomputere er afhængige af kvantebits eller qubits, men nogle hold fremstiller disse byggesten fra lyspartikler, andre fra ekstremt kolde atomer, og i tilfælde af Starling vil IBM bruge en anden variant – superledende qubits. For at gøre det hidtil uset stort og fejltolerant satser IBM på to innovationer.
For det første vil Starling implementere nye forbindelser mellem dens qubits, inklusive dem langt væk fra hinanden. Hver qubit vil blive indlejret i en chip, og forskerne har udviklet ny hardware til at forbinde disse komponenter inden for en enkelt chip og til at forbinde forskellige chips sammen. Dette giver dem mulighed for at gøre Starling større og i stand til at køre mere komplekse programmer end dens forgængere.
Gambetta siger, at Starling vil være i stand til 100 millioner kvanteoperationer ved hjælp af titusinder af qubits – dagens største kvantecomputere har omkring 1000 fysiske qubits. I dette tilfælde grupperes qubits i omkring 200 “logiske qubits”. Inden for hver af disse fungerer flere qubits sammen som en enkelt computerenhed, der er modstandsdygtig over for fejl. Det rekordstort antal logiske qubits er 50 og hører i øjeblikket til Quantum Computing Company Quantinuum.
IBM vil også bruge en ny softwareopskrift til at kombinere fysiske qubits i logiske qubits kaldet LDPC -kode, som er en bemærkelsesværdig afvigelse fra den måde, logiske qubits tidligere er blevet oprettet i andre superledende kvantecomputere. Gambetta siger, at brug af LDPC i kvantesystemer engang blev set som en “rørdrøm”, men hans team har nu udviklet afgørende detaljer til implementering af det.
Fordelen ved denne noget ukonventionelle tilgang er, at hver logisk qubit oprettet med LDPC -opskriften kræver færre fysiske qubits end konkurrerende metoder. Som et resultat kan der opnås fejlkorrektion før med mindre og lettere at bygge enheder.
”IBM har været ret god til at sætte en ambitiøs køreplan i mange år nu og opnå nogle gode ting,” siger Stephen Bartlett ved University of Sydney i Australien. ”De har gjort en masse innovationer og forbedringer i de sidste fem-plus år, men dette er en reel skridtændring.” Han siger, at både den nye hardware, der vil forbinde fjerne qubits og nye logiske qubit-koder, er en afgang fra de velpresterende enheder, som IBM tidligere har foretaget-og de bliver nødt til at blive testet i vid udstrækning. ”Det ser lovende ud, men det tager virkelig lidt af et sprang af tro,” siger Bartlett.
Matthew Otten ved University of Wisconsin-Madison siger, at Quantum LDPC-koden kun er blevet alvorligt udviklet i de sidste par år, og IBMs køreplan udfylder alle emner om, hvordan det kunne fungere i praksis. Dette er vigtigt, da det kan hjælpe forskere med at identificere mulige flaskehalse og praktiske afvejninger, siger han. For eksempel siger han, at Starling kan køre langsommere end eksisterende superledende kvantecomputere.
I den planlagte størrelse kunne enheden løse problemer, der er relevante for sektorer som den farmaceutiske industri. Her kunne en simulering af et lille molekyle eller et protein på en kvantecomputer som Starling erstatte et dyrt og beskatning af eksperimentelt trin i lægemiddeludviklingsprocessen, siger Otten.
IBM er ikke den eneste spiller i Quantum Computing -branchen, der er offentligt at køre mod det næste gennembrud. For eksempel har Quantinuum også planer for en fejltolerant værktøjsskala-maskine i 2029, og Psiquantum planlægger at bygge en Quantum Supercomputer i 2027. ”Jeg er en stor tro på konkurrence,” siger Gambetta.