de.wedoany.com-Bericht: Am 11. Juni veröffentlichte das französische Quantencomputing-Unternehmen Alice & Bob das Helium-Quantensystem, was einen Meilenstein darstellt: Das Unternehmen ist von der Entwicklung von Chips auf Basis von Katzen-Qubits zur Auslieferung eines einsatzbereiten, vollständigen Quantencomputersystems übergegangen. Das System ist für die Forschung zur Quantenfehlerkorrektur und zu logischen Qubits konzipiert. Mit mindestens 18 Katzen-Qubits kann es das erste logische Qubit von Alice & Bob kodieren. Forschungspartner sind eingeladen, experimentelle Kooperationen durchzuführen.
Der Schwerpunkt der Helium-Vorstellung liegt nicht auf der bloßen Erhöhung der Anzahl physikalischer Qubits, sondern auf dem Aufbau eines vollständigen technischen Systems für fehlertolerantes Quantencomputing. Der von Alice & Bob gewählte Ansatz der Katzen-Qubits versucht, Bit-Flip-Fehler auf physikalischer Ebene zu reduzieren und so den Hardware-Aufwand für die Quantenfehlerkorrektur zu verringern. Für die Quantencomputing-Branche besteht der eigentliche Engpass auf dem Weg zu nutzbarem Computing nicht einfach darin, „mehr Qubits zu erzeugen", sondern darin, Quantenzustände in einer verrauschten Umgebung ausreichend stabil zu halten und durch Fehlerkorrekturmechanismen logische Qubits zu bilden, die zuverlässige Algorithmen ausführen können.
Das Helium-System umfasst die Prozessorarchitektur, die Steuerelektronik, Kabel, den Software-Stack und die Überwachungsoberfläche – es handelt sich nicht um die Demonstration eines einzelnen experimentellen Chips. Alice & Bob geben an, dass die Plattform als Ganzes für die Quantenfehlerkorrektur optimiert ist und Upgrades auf den im Fahrplan des Unternehmens vorgesehenen 48-Katzen-Qubit-Chip unterstützt. Dies würde dann voraussichtlich die Forschung an mehreren logischen Qubits weiter ermöglichen. Für Forschungseinrichtungen und Hochleistungsrechenzentren können solche lokal installierten Systeme Quantenhardware, klassische Rechenressourcen und experimentelle Arbeitsabläufe in dieselbe Infrastruktur integrieren und so eine Testumgebung für Quantenalgorithmen, Fehlerkorrekturcodes und hybride Rechenaufgaben bieten, die näher an einer ingenieurtechnischen Umgebung ist.
Dies ist auch ein wichtiger Schritt auf dem Weg des Katzen-Qubit-Ansatzes zur externen wissenschaftlichen Validierung. Derzeit umfassen die globalen technologischen Routen für Quantencomputing supraleitende Qubits, Ionenfallen, photonische Qubits, neutrale Atome, Silizium-Spins und andere Richtungen. Alle diese Routen versuchen, Probleme der Skalierbarkeit, der Treue, des Fehlerkorrekturaufwands und der Systemintegration zu lösen. Alice & Bob haben sich dafür entschieden, durch die Kodierung von Katzenzuständen bestimmte Fehlertypen zu reduzieren, mit dem Ziel, mit weniger physikalischen Ressourcen nutzbare logische Qubits zu konstruieren. Wenn Helium in den Experimenten der Forschungspartner stabil läuft, wird dies entscheidende technische Daten für die nachfolgenden, größeren Systeme des Unternehmens liefern.
Auch die Details der Systemtechnik sind beachtenswert. Helium hat eine Betriebsleistungsaufnahme von etwa 40 kW. Alice & Bob betrachten dies als einen Designpunkt zur Senkung der Bereitstellungskosten für fortschrittliche Quantensysteme. Das Unternehmen hat außerdem die Starboard-Überwachungsoberfläche eingeführt, mit der der Status des 18-Katzen-Qubit-Systems eingesehen, die Leistung einzelner Qubits überwacht, Aufgaben geplant und Echtzeit-Hardwaremetriken verfolgt werden können. Die Plattform ist zudem mit gängigen Hochleistungsrechner-Schedulern kompatibel, einschließlich der Anbindung an Slurm über die Open-Source-Bibliothek QRMI. Das Felis-Software-Framework kann zur Verbindung mit dem Helium-Chip verwendet werden, während die Kompatibilität mit den wichtigsten Quantenprogrammier-Frameworks erhalten bleibt.
Für die Wertschöpfungskette der Informations- und Kommunikationstechnologie sowie des fortschrittlichen Computings liegt die Bedeutung von Helium darin, dass Quantencomputing von Durchbrüchen bei Laborbauteilen zur Auslieferung von Systeminfrastruktur übergeht. Ein Quantencomputer kann nicht allein mit einem Chip betrieben werden; er benötigt das Zusammenspiel von Kryosystemen, Mikrowellensteuerung, Präzisionskabeln, Steuerelektronik, Überwachungssoftware, Aufgabenplanung, Programmier-Frameworks und HPC-Ressourcen. Mit dem Eintritt der Quantenhardware in die Phase der lokalen Installation bei Forschungspartnern wird sich der Bedarf auf mehrere Bereiche erstrecken, darunter Kryotechnik, Hochfrequenzbauteile, Steuerungssysteme, Quantensoftware, Rechenzentrumsintegration und wissenschaftliche Rechenplattformen.
Die nächsten Meilensteine konzentrieren sich auf die experimentellen Ergebnisse der ersten Helium-Forschungspartner, die Stabilität der logischen Kodierung mit 18 Katzen-Qubits, die Leistungsdaten der Fehlerkorrektur, den Fortschritt beim Upgrade auf den 48-Katzen-Qubit-Chip sowie die tatsächliche Anpassungsfähigkeit des Systems an hybride Rechenabläufe in HPC-Zentren. Wenn Alice & Bob mit Helium die Effizienzvorteile von Katzen-Qubits beim Aufbau logischer Qubits nachweisen können, wird die Quantencomputing-Branche einen neuen ingenieurtechnischen Referenzpfad erhalten. Dies würde auch das fehlertolerante Quantencomputing von theoretischen Routen und Einzelexperimenten weiter in eine Phase des einsatzbereiten, überwachbaren und iterierbaren Systemwettbewerbs führen.
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