IBM, AMD und das Quantum Science Center des Oak Ridge National Laboratory haben eine gemeinsame Designplattform („Co-Design ») für die Fehlerkorrektur enthüllt. Sie kombiniert Quantencomputer mit klassischen Hochleistungsrechnersystemen (HPC), die Seite an Seite installiert sind, um die für zukünftige fehlertolerante Rechner notwendigen Techniken zu testen.
Das Problem bleibt zentral. Die Qubits, die Quantenbits, sind sehr fragil: Sie können ihre Quantennatur verlieren, ein Phänomen namens Dekohärenz, durch Störungen, die von Licht und Schall bis zur Aktivität anderer Qubits reichen. Aktuelle Systeme weisen typischerweise Fehlerraten pro Logikgatter von einem Fehler pro 100 Operationen bis zu einem Fehler pro 1.000 Operationen auf, und diese Rate muss deutlich verbessert werden, damit fehlertolerante Systeme Realität werden.
Laut IBM ist es selten, dass Quantenprozessoren und klassische Systeme Seite an Seite am selben Ort platziert werden. Ihre Verbindung erfolgt in der Regel über die Cloud mithilfe von Programmierschnittstellen (APIs), was zu zusätzlicher Komplexität und Verzögerungen führen kann. „Um diese Techniken zu erproben und Algorithmen zu entwickeln, müssen Quanten- und klassische Prozessoren eng zusammenarbeiten können », sagt Seetharami Seelam, Distinguished Engineer und Chefarchitekt für das Co-Design klassischer Systeme für das quantenzentrierte Supercomputing.
Die Plattform wird am Standort von IBM in Poughkeepsie, New York, untergebracht sein. Sie wird IBM-Quantencomputer umfassen, darunter den Nighthawk r2-Chip, der als „120-Bit »-Quantenchip beschrieben wird, sowie das HPC-System Umbra des Oak Ridge Labors. Letzteres ist mit AMD Epyc 9005 „Turin »-Prozessoren der fünften Generation und Instinct MI355X „Antares »-GPUs ausgestattet. Laut den Organisationen werden die AMD-Chips für die Forschung zur Quantenfehlerkorrektur, die Optimierung der Dekodierung und die Software-Orchestrierung eingesetzt.
IBM hebt die Anordnung der Qubits auf dem Nighthawk-Chip hervor, die auf einer quadratischen Gitterkonnektivität basiert und damit mit der zuvor verwendeten „Heavy-Hex »-Architektur bricht. In diesem Modell sind die meisten Qubits direkt mit ihren vier nächsten Nachbarn verbunden, was eine um etwa 60 % höhere Konnektivität als bei Heavy-Hex bedeutet. Diese Anordnung ermöglicht laut Unternehmen kürzere Ausführungszeiten und Kompatibilität mit dem Standard-Oberflächencode für die Fehlerkorrektur.
Die Plattform steht auch im Einklang mit den Zielen der Quantum Genesis Mission des US-Energieministeriums, die auf die Entwicklung fehlertoleranter Quantensysteme abzielt. IBM hat zusammen mit der Universität von Chicago im Juli Experimente mit bis zu 70 logischen Qubits und 438 schwierigen Operationen vorgestellt, so Seetharami Seelam. „Der Q-Wettbewerb der Quantum Genesis Mission strebt bis Ende 2028 100 logische Qubits an, die 100.000 dieser Operationen ausführen », sagt er und fügt hinzu, dass die Community die Anzahl der schwierigen Operationen um das 238-fache steigern müsse, ein Ziel, das er für „machbar » hält.
IBM gibt außerdem an, dass die Arbeiten auf der Plattform der Entwicklung ihres Quantum Starling-Systems zugutekommen werden, das sie als einen für 2029 erwarteten fehlertoleranten Computer präsentiert.
