IBM forbinder to kryogene moduler i skridt mod fejltolerant kvantecomputing

IBM har med succes forbundet to modulære kryogene systemer og kølet dem ned, så de fungerer som ét fælles, ultrakoldt miljø. Virksomheden præsenterer demonstrationen som et grundlag for at kunne forbinde hundredvis af kvantechips uden at skulle bygge én stadig større, monolitisk kryostat – altså det køleanlæg, der holder kvanteprocessorer ved ekstremt lave temperaturer.

Det er vigtigt, fordi skalering af kvantecomputere ikke kun handler om at tilføje flere qubits. Processorerne skal også dele et stabilt kryogent miljø, have langt mere kontrol- og aflæsningskabling og kunne kommunikere gennem forbindelser med tilstrækkelig høj pålidelighed.

Hvad demonstrerede IBM?

De to moduler nåede ifølge de tilgængelige oplysninger temperaturer under 15 millikelvin efter at være blevet kølet ned til 4 kelvin på under fem dage. Ved så lave temperaturer kan udstyret understøtte de driftsforhold, som superledende kvanteprocessorer kræver.

IBM beskriver det samlede system som en modulær arkitektur, der kan udvides, efterhånden som flere kvanteprocessorer tilføjes. Målet er at skabe ét fælles, ultrakoldt miljø, hvor hundredvis af kvantechips kan forbindes til en større kvantecomputer.

De tilgængelige kilder dokumenterer derimod ikke systemets præcise samlede mål eller bekræfter uafhængigt en detaljeret kasseformet konstruktion. De specifikationer bør derfor ikke betragtes som en del af det dokumenterede resultat.

Hvorfor er modulær køling vigtig?

En traditionel vej til større kvantesystemer kunne være at bygge en gradvist større kryostat omkring én samlet maskine. IBMs strategi er i stedet at gøre køleanlægget og den tilhørende hardware til gentagelige moduler, der kan forbindes med hinanden.

Tilgangen skal løse en praktisk flaskehals: Større kvantesystemer kræver flere forbindelser til styring og måling samt mere fysisk plads til de komponenter, der forbinder processorerne. IBM og omtalen af annonceringen beskriver arkitekturen som en måde at udvide kapaciteten til kabler og skabe en vej til at forbinde mange flere processorer.

Resultatet er dog ikke det samme som en færdig, stor fejltolerant kvantecomputer. Demonstrationen viser en vigtig del af den nødvendige infrastruktur, mens processorernes ydeevne, fejlkorrektion, software og systemets samlede stabilitet stadig skal udvikles i sammenhæng.

L-couplers skal forbinde kvanteprocessorerne

IBMs L-couplers er mikrobølgeforbindelser mellem moduler, der er udviklet til at gøre beregninger på tværs af chips, moduler og systemer mulige. IBM oplyser, at teknologien kan udvide beregningskapaciteten i systemer med flere QPU'er – kvanteprocessorenheder – og på længere sigt i fejltolerante arkitekturer.

I praksis skal forbindelserne gøre det muligt for separate kvanteprocessorer at fungere som dele af ét større system i stedet for som isolerede enheder. Dette forbindelseslag er afgørende, hvis modulær kryogen hardware skal føre til brugbar distribueret kvantecomputing.

Sådan passer milepælen ind i køreplanen mod 2029

IBM har placeret demonstrationen på vejen mod Quantum Starling, virksomhedens planlagte store, fejltolerante kvantecomputer i 2029. Køreplanen beskriver Starling som et system, der skal kunne køre kvantekredsløb med 100 millioner kvanteporte på 200 logiske qubits.

Køreplanen afhænger af en hel teknologisk stak – ikke kun af køling. IBM skal få modulære processorer, kabling med høj kapacitet, kommunikation mellem moduler og fejlkorrektion til at fungere som ét samlet system. De forbundne kryogene moduler adresserer den fysiske infrastruktur, der skal give plads til flere processorer i et fælles miljø, mens L-couplers skal håndtere kommunikationen mellem modulerne.

En rapport beskriver desuden et IBM-mål om mindst 1.000 programmerbare qubits i 2027. Det er en fremtidig milepæl og ikke et resultat, der blev demonstreret med annonceringen af de to moduler. De leverede kilder bekræfter heller ikke uafhængigt tidspunktet for installation af Quantum Nighthawk-processorer. Den påstand kan derfor ikke fastslås her.

Hvad beviser annonceringen – og hvad gør den ikke?

Milepælen kan opsummeres sådan:

• Demonstreret: To kryogene moduler er blevet forbundet og kølet ned som ét fælles miljø.
• Rapporteret ydeevne: Temperaturer under 15 millikelvin samt nedkøling til 4 kelvin på under fem dage.
• Tilsigtet skala: En fælles arkitektur, der på sigt kan forbinde hundredvis af kvantechips.
• Understøttende teknologi: L-couplers til kommunikation på tværs af chips, moduler og systemer.
• Ikke demonstreret med dette resultat: En fejltolerant kvantecomputer, ydeevne med mange logiske qubits eller en komplet fejlkorrektionsstak.

Den centrale betydning er arkitektonisk. IBM forsøger at gøre kvantehardware skalerbar ved at forbinde modulære kryogene systemer i stedet for at behandle hver større maskine som et specialbygget køleanlæg. Hvis infrastrukturen kan kombineres med pålidelig fejlkorrektion og kraftige kvanteprocessorer, kan demonstrationen blive et væsentligt skridt mod Quantum Starling. Indtil videre bør den dog ses som en nødvendig teknisk milepæl på vejen – ikke som målet i sig selv.