Wie die Dimensions-Website von der IBM-Website erfuhr, haben sie zwei modulare Quanten-Kryostaten verbunden und auf dieselbe ultra-kalte Umgebung gekühlt. Dies ist eine entscheidende technische Validierung auf der IBM-Quanten-Roadmap und bedeutet, dass in Zukunft Hunderte von Quantenchips über modulare Kryosysteme zu einem leistungsfähigeren fehlertoleranten Quantencomputer gekoppelt werden könnten.
Das Ziel dieser Kryoarchitektur ist es, die drei Wege – Modularität, gemeinsame Nutzung und ultra-kalte Umgebung – zu erschließen, um Hunderte von Quantenchips zu vernetzen und die Lösung größerer Probleme zu übernehmen. IBM gab an, dass die Fertigstellung des neuen Systems ein Meilenstein auf dem Weg zur Umsetzung des „IBM Quantum Starling“-Programms (im Folgenden „Starling“) sei. Das Programm sieht vor, bis 2029 einen groß angelegten fehlertoleranten Quantencomputer zu liefern, der Fortschritte bei Fehlerkorrekturcodes, Prozessordesign, Dekodierung und Systemtechnik integriert. Es könnte der erste fehlertolerante Quantencomputer der Welt werden.
Die beiden erstmals in Betrieb genommenen Kryostaten überschreiten in Kombination eine Höhe und Breite von jeweils mehr als 8 Fuß. Erste Tests zeigen, dass das gesamte System in weniger als 5 Tagen von Raumtemperatur auf 4 Kelvin, also die Temperatur von flüssigem Helium, gemeinsam abgekühlt werden kann; anschließend sinkt die Endtemperatur weiter auf unter 15 Millikelvin. Diese Temperatur ist mehr als 180-mal kälter als der Weltraum und bietet die thermische Umgebung, die für den stabilen Betrieb supraleitender Qubits erforderlich ist.
Im Inneren der Vakuumhülle jedes Moduls ist der Verdrahtungsraum im Vergleich zu IBMs derzeit am breitesten eingesetztem Quantensystem um bis zu 12-mal größer, was reichlich Platz für die Verbindung von Chips innerhalb und zwischen den Modulen bietet. Das neue Design verwendet eine quaderförmige Gehäuseform, sodass mehrere Module eng nebeneinander platziert werden können und der erweiterte Raum genutzt wird, um Quantenprozessoren direkt über IBMs selbst entwickelte L-Koppler zu verbinden. Die L-Koppler verbinden verschiedene Quantenchips miteinander, sodass sie Informationen teilen, miteinander kommunizieren und als Teil eines größeren Quantencomputers zusammenarbeiten können.
Gemäß IBMs Quanten-Roadmap werden sie bis 2027 mithilfe von L-Kopplern mehrere Prozessoren zu einem größeren Quantencomputer mit mindestens 1.000 programmierbaren Qubits verbinden, die direkt für Berechnungen genutzt werden können. Bis zur Auslieferung von „Starling“ plant IBM, in jedem Kryostat Tausende von Qubits unterzubringen.
Als IBM letztes Jahr „Starling“ vorstellte, veröffentlichte das Unternehmen zugleich einen neuen Fehlerkorrekturcode, der den Bedarf an physischen Ressourcen für die Erreichung von Fehlertoleranz erheblich reduzierte. Seitdem hat das Unternehmen Durchbrüche bei der Demonstration zentraler Hardwarekomponenten und bei der effizienten Fehlerkorrektur-Dekodierung erzielt. Die jüngsten Erfolge bei kryogenen Quantenmodulen haben nun eine weitere große technische Hürde auf dem Weg zur fehlertoleranten Quantenberechnung beseitigt.
IBM ist der Ansicht, dass skalierbare modulare Kryosysteme das Innovationstempo beschleunigen werden, da das neue Design es ermöglicht, jede Komponente unabhängig zu testen, zu verbessern und schnell zu iterieren.
Die Forscher haben mit technischen Nachweisen eine offene Frage beantwortet: Ist der modulare Kryo-Erweiterungsweg auf dem Weg zum Quantencomputer gangbar? Jetzt ist die Antwort nahezu eindeutig – es scheint möglich, die Größe von Quantensystemen schrittweise nach dem Baukastenprinzip zu erweitern. Dies senkt die Hürde für den Bau fehlertoleranter Quantencomputer erheblich. Und sobald ein solcher Quantencomputer Realität wird und 100 Millionen Quantengatter-Operationen durchführt, wird seine Rechenleistung voraussichtlich etwa 20.000-mal höher sein als die bestehender Quantencomputer. Viele wissenschaftliche Probleme wie die Simulation von Arzneimittelmolekülen, das Design neuer Materialien und sogar Finanzportfolio-Optimierung und Klimamodellierung könnten einen Sprung mit praktischem Anwendungswert erleben.