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IBM und Intel auf dem Weg zum kommerziellen Quantencomputing
IBM meldet in einem Preprint eine bis zu 63 fache Verringerung des geschätzten Sampling Overheads bei der Fehlerminderung und plant Starling als fehlertolerantes System für 2029. Modulare Kryozellen sollen IBM beim Verkabeln und Verbinden supraleitender Prozessoren helfen; Intel erprobt mit Tunnel Falls Silizium Spi...
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Forschungsantwort
Wichtige Erkenntnisse
- IBM meldet in einem Preprint eine bis zu 63 fache Verringerung des geschätzten Sampling Overheads bei der Fehlerminderung und plant Starling als fehlertolerantes System für 2029.
- Modulare Kryozellen sollen IBM beim Verkabeln und Verbinden supraleitender Prozessoren helfen; Intel erprobt mit Tunnel Falls Silizium Spin Qubits und mit Horse Ridge II kryogene Steuerelektronik.
- Die Branche nennt ambitionierte Termine um 2029. Amazons Prognose von fünf bis sieben Jahren für erste wirtschaftlich nutzbare kleine Systeme zeigt aber, wie unsicher Nachfrage und Wirtschaftlichkeit noch sind.
KI-Prompt
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Mehr physikalische Qubits allein machen noch keinen wirtschaftlich nutzbaren Quantencomputer. Die Systeme müssen Fehler kontrollieren, ihre aufwendige Verkabelung und Kühlung skalieren – und am Ende ein Kundenproblem nachweisbar besser lösen als klassische Hochleistungsrechner oder KI-Beschleuniger.
IBM und Intel bearbeiten unterschiedliche Teile dieser Aufgabe. IBM kombiniert kurzfristige Fehlerminderung mit einer modularen Architektur für supraleitende Prozessoren. Intel verfolgt Silizium-Spin-Qubits und versteht den Quantenprozessor vor allem als spezialisierten Baustein in einem hybriden Rechenverbund.
IBM: Fehler erkennen, Messungen aussortieren, Restfehler statistisch mindern
IBMs Ansatz heißt Spacetime Probabilistic Error Cancellation (Spacetime PEC). Dabei werden zwei Methoden verknüpft, ohne zu behaupten, sämtliche Fehler bereits aktiv korrigieren zu können.
Zunächst verteilt eine auf sogenannten Raumzeit-Codes basierende Fehlererkennung Prüfungen über die Qubits und die zeitliche Abfolge eines Quantenprogramms. Dafür kommen zusätzliche Hilfs-Qubits zum Einsatz. Messdurchläufe, die eine solche Prüfung nicht bestehen, werden markiert und per Post-Selection verworfen. Anschließend wendet IBM auf die verbliebenen, nicht erkannten Fehler die probabilistische Fehlerauslöschung (PEC) an. Dabei werden gezielt veränderte Varianten eines Schaltkreises statistisch ausgewertet und ihre Ergebnisse gewichtet kombiniert, um den Einfluss des Rauschens abzuschätzen und auszugleichen.
Entscheidend ist die Einordnung: Das ist Fehlerminderung, keine fehlertolerante Quantenfehlerkorrektur. Die Methode kann Schätzwerte aus einem verrauschten Prozessor verbessern, verwandelt die heutigen physikalischen Qubits aber nicht in dauerhaft verlässliche logische Qubits.
Was IBM getestet hat – und was der Faktor 63 tatsächlich aussagt
Die Forschenden testeten die kombinierte Methode auf IBMs supraleitendem Prozessor ibm_aachen mit einer Simulation des transversal gerichteten Ising-Modells. Laut Preprint ließ sich die mittlere Magnetisierung bis zu sechs Trotter-Schritten innerhalb der statistischen Unsicherheit wiederherstellen. Gegenüber PEC ohne Post-Selection sank der geschätzte Sampling-Overhead um bis zu den Faktor 63.
Das ist ein relevantes, aber eng umrissenes Ergebnis. Die Zahl beschreibt die geschätzten zusätzlichen Messproben für genau dieses Experiment – nicht eine 63-fache Beschleunigung der gesamten Laufzeit und auch keinen allgemeinen Quantenvorteil. Post-Selection verwirft zwangsläufig einen Teil der Messungen. Außerdem funktioniert PEC nur so gut, wie das zugrunde gelegte Rauschmodell die reale Hardware trifft. Hinzu kommt: Die Arbeit ist ein arXiv-Preprint, keine begutachtete Demonstration breit einsetzbarer fehlertoleranter Quantenberechnungen.
Praktisch deutet das Verfahren auf einen möglichen Zwischenschritt hin: klar erkennbare Fehler aussortieren und die aufwendige statistische Fehlerminderung auf den verbleibenden Rest konzentrieren. Das könnte den Bereich nützlicher Rechnungen auf heutiger, noch verrauschter Hardware erweitern. Den langfristigen Bedarf an aktiver Fehlerkorrektur und logischen Qubits ersetzt es nicht.
Warum IBM den Quantenkühlschrank neu denkt
Bei supraleitenden Quantenprozessoren ist die Kühlung selbst ein Skalierungsproblem. Jedes Qubit benötigt Steuer- und Ausleseverbindungen. Mit wachsender Prozessorzahl werden Kabeldichte und Verbindungen zwischen Chips in klassischen kryogenen Anlagen zunehmend schwer beherrschbar.
IBM hat zwei quaderförmige Kryozellen zu einer gemeinsamen Betriebsumgebung verbunden, die Temperaturen von unter 15 Millikelvin erreichte. Ein thermisch abgeschirmter Tunnel führt die Quantenverkabelung zwischen den Modulen. Jede Zelle nutzt etablierte Verdünnungskühlung, doch die Bauform soll Module direkt nebeneinander platzieren und deutlich mehr Raum für Kabel sowie Chip-zu-Chip-Verbindungen schaffen. Nach Angaben von IBM bietet die Vakuumkammer jedes Moduls bis zu zwölfmal mehr Verkabelungsfläche als die verbreiteten Quantenanlagen des Unternehmens.
Kommerziell relevant ist daran vor allem die Architektur. Statt einen einzelnen Prozessor in einem immer engeren Kühlsystem immer größer zu machen, will IBM mehrere Prozessoren über kurze, geschützte Verbindungen koppeln. So ließe sich Rechenkapazität modular ergänzen, während die Komplexität langer externer Leitungswege sinken könnte.
Nighthawk, 1.000 programmierbare Qubits und Starling
Als nächsten Schritt will IBM seine Nighthawk-Prozessoren in den modularen Systemen installieren und die Architektur damit weiter erproben. Die Roadmap sieht bis 2027 mindestens 1.000 programmierbare Qubits über gekoppelte Prozessoren hinweg vor. Für 2029 plant IBM das fehlertolerante System IBM Quantum Starling. 17
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Das sind Ziele der Roadmap, keine bereits ausgelieferten Fähigkeiten. Sie zeigen jedoch, dass IBM Fehlerbehandlung, modulare Hardware, Verbindungen zwischen Prozessoren, Verkabelung und Kryobetrieb als zusammenhängendes Skalierungsproblem behandelt.
Intel setzt auf Silizium und den hybriden Rechenstack
Intel-Chef Lip-Bu Tan beschreibt Quantenprozessoren als dritte Klasse von Rechenhardware, die in ausgewählten Anwendungen neben CPUs und GPUs arbeiten soll. Klassische Prozessoren und Beschleuniger würden dabei die Steuerung der Abläufe und konventionelle Rechenarbeit übernehmen; der Quantenprozessor käme nur dort zum Einsatz, wo Quantenalgorithmen einen substanziellen Vorteil versprechen. 5
Das ist ein deutlich engeres kommerzielles Versprechen als der Ersatz herkömmlicher Rechner – und wahrscheinlich ein realistischeres. Ein nützlicher Quanten-Workflow müsste seine zusätzliche Hardware-, Software- und Betriebskomplexität gegen die rasch besser werdenden klassischen HPC- und KI-Systeme rechtfertigen.
Tunnel Falls: Forschungsplattform mit Silizium-Spin-Qubits
Tunnel Falls ist Intels Quantenprozessor mit zwölf Silizium-Spin-Qubits, der der Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt wurde. Die Plattform soll helfen, Qubit-Betrieb, Charakterisierung, Fertigung und Skalierung mit Halbleiter-typischen Herstellungsverfahren zu untersuchen. Intel bezeichnet sie als Schritt zu einem kommerziellen Quantencomputersystem mit vollständigem Hard- und Software-Stack – nicht als kommerzielles Produkt.
Der strategische Reiz von Silizium-Spin-Qubits liegt in ihrer potenziellen Herstellbarkeit: Reift die Technik, könnte sie von Verfahren und Prozessdisziplin der konventionellen Chipfertigung profitieren. Tunnel Falls ist allerdings noch ein Gerät im Forschungsmaßstab. Ob sich dieses Potenzial für die Größenordnung fehlertoleranter Systeme realisieren lässt, muss erst gezeigt werden.
Horse Ridge II: Steuerelektronik näher an die Qubits bringen
Auch die Ansteuerung der Qubits muss skalieren. Horse Ridge II ist Intels Projekt für einen kryogenen Steuerchip. Er soll Qubits und die klassische Elektronik für Manipulation und Auslesung enger integrieren. Intel nennt kryogene Steuerung einen zentralen Baustein seiner Quanten-Systemarbeit; Berichte über das Programm verorten Horse Ridge II bei rund 4 Kelvin.
Wenn Teile der Steuerung näher an die kalte Umgebung rücken, soll die Abhängigkeit von großen Kabelbündeln bei Raumtemperatur sinken – ein möglicher Engpass bei steigenden Qubit-Zahlen. Tunnel Falls und Horse Ridge II stehen damit für Intels Versuch, sowohl die Qubit-Technologie als auch den notwendigen Steuerungsstack weiterzuentwickeln.
Viele Ankündigungen für 2029, aber kein bewiesener Markt
Die Zeithorizonte der Branche verdichten sich gegen Ende des Jahrzehnts. Microsoft erklärt, die Arbeit an Majorana 2 stütze das Ziel, bis 2029 wirtschaftlich nützliche Quantenmaschinen zu bauen. Das Unternehmen berichtet für das neue System mittlere Qubit-Lebensdauern von etwa 20 Sekunden. Das sind jedoch vom Unternehmen selbst gemeldete Meilensteine und Ziele – kein Nachweis eines bereits im kommerziellen Einsatz befindlichen fehlertoleranten Rechners. 2
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Zurückhaltender ist Amazons Prognose: Peter DeSantis rechnet damit, dass die ersten wirtschaftlich nutzbaren kleinen Quantencomputer in fünf bis sieben Jahren erscheinen könnten. 6 Das verweist eher auf die frühen 2030er-Jahre und macht den Unterschied zwischen einem Hardware-Meilenstein und wiederholbarem Geschäftsnutzen sichtbar.
Intels Fokus auf Fehlerkorrektur, Anwendungen und die Frage, wer dafür zahlen soll, benennt die zentrale kommerzielle Lücke. Mehr Qubits, bessere Kryotechnik und geringerer Aufwand für Fehlerminderung sind notwendige Fortschritte. Keiner davon belegt für sich genommen eine zahlungsbereite Nachfrage. Entscheidend wird sein, ob ein hybrider CPU-GPU-Quanten-Workflow bei einer konkreten Kundenaufgabe einen überprüfbaren wirtschaftlichen Vorteil liefert, den klassische Systeme nicht genauso wirksam erzielen können.
IBMs Spacetime PEC und die modulare Kryotechnik sowie Intels Arbeit an Silizium-Spin-Qubits und Steuerhardware sind daher wichtige Engineering-Schritte. Sie machen nützliches Quantencomputing möglicherweise wahrscheinlicher – sie sind aber noch kein Beweis dafür, dass breit wirtschaftlich tragfähiges Quantencomputing bereits angekommen ist.
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IBM meldet in einem Preprint eine bis zu 63 fache Verringerung des geschätzten Sampling Overheads bei der Fehlerminderung und plant Starling als fehlertolerantes System für 2029. Modulare Kryozellen sollen IBM beim Verkabeln und Verbinden supraleitender Prozessoren helfen; Intel erprobt mit Tunnel Falls Silizium Spin Qubits und mit Horse Ridge II kryogene Steuerelektronik.
Was soll ich als nächstes in der Praxis tun?
Die Branche nennt ambitionierte Termine um 2029. Amazons Prognose von fünf bis sieben Jahren für erste wirtschaftlich nutzbare kleine Systeme zeigt aber, wie unsicher Nachfrage und Wirtschaftlichkeit noch sind.