IBM, AMD en het Quantum Science Center van het Oak Ridge National Laboratory hebben een gezamenlijk ontworpen (‘co-design’) platform onthuld dat is gewijd aan foutcorrectie. Het combineert kwantumcomputers met klassieke high-performance computing (HPC) systemen, die naast elkaar zijn geplaatst, om de technieken te testen die nodig zijn voor toekomstige fouttolerante computers.
- IBM, AMD en Oak Ridge onthullen een platform dat kwantumcomputers en klassieke HPC-systemen combineert.
- Het platform test technieken voor foutcorrectie in toekomstige fouttolerante computers.
- Qubits blijven fragiel, dus de foutpercentages moeten aanzienlijk dalen.
- Het werk zal de ontwikkeling van IBM’s Quantum Starling, verwacht in 2029, ondersteunen.
Het probleem blijft centraal staan. De qubits, de kwantumbits, zijn zeer fragiel: ze kunnen hun kwantumnatuur verliezen, een fenomeen dat decoherentie wordt genoemd, onder invloed van verstoringen variërend van licht en geluid tot de activiteit van andere qubits. Huidige systemen vertonen typisch foutpercentages per logische poort variërend van één fout per 100 operaties tot één fout per 1.000 operaties, en dit percentage moet aanzienlijk worden verbeterd voordat fouttolerante systemen werkelijkheid worden.
Volgens IBM is het zeldzaam dat kwantumprocessors en klassieke systemen zij aan zij, op dezelfde locatie, worden geplaatst. Hun verbinding verloopt meestal via de cloud, met behulp van programmeerinterfaces (API’s), wat kan leiden tot extra complexiteit en vertragingen. ‘Om deze technieken te experimenteren en algoritmen te bouwen, moeten kwantum- en klassieke processors nauw kunnen samenwerken’, zegt Seetharami Seelam, Distinguished Engineer en hoofdarchitect van het gezamenlijk ontwerp van klassieke systemen voor kwantumgericht supercomputeren.
Het platform wordt gehost op de locatie van IBM in Poughkeepsie, in de staat New York. Het zal kwantumcomputers van IBM omvatten, waaronder de Nighthawk r2-chip, omschreven als een ‘120-bit’ kwantumchip, evenals het HPC-systeem Umbra van het Oak Ridge-laboratorium. Dit laatste is uitgerust met AMD Epyc 9005 ‘Turin’ processors van de vijfde generatie en Instinct MI355X ‘Antares’ GPU’s. Volgens de organisaties zullen de AMD-chips worden gebruikt voor onderzoek naar kwantumfoutcorrectie, optimalisatie van decodering en software-orkestratie.
IBM benadrukt de rangschikking van de qubits op de Nighthawk-chip, die gebaseerd is op een vierkant roosterconnectiviteit, een breuk met de eerder gebruikte ‘heavy-hex’ architectuur. In dit model zijn de meeste qubits direct verbonden met hun vier dichtstbijzijnde buren, wat een ongeveer 60% hogere connectiviteit oplevert dan bij heavy-hex. Deze opstelling maakt volgens het bedrijf kortere uitvoeringstijden en compatibiliteit met de standaard oppervlaktecode voor foutcorrectie mogelijk.
Het platform past ook binnen de doelstellingen van de Quantum Genesis Mission van het Amerikaanse ministerie van Energie, die gericht is op de ontwikkeling van fouttolerante kwantumsystemen. IBM heeft, samen met de Universiteit van Chicago, in juli experimenten gepresenteerd waarbij tot 70 logische qubits en 438 moeilijke operaties betrokken waren, volgens Seetharami Seelam. ‘De Q Competition van de Quantum Genesis Mission streeft naar 100 logische qubits die 100.000 van deze operaties uitvoeren tegen eind 2028’, zegt hij, en voegt eraan toe dat de gemeenschap het aantal moeilijke operaties met 238 moet vermenigvuldigen, en dat hij dit doel ‘haalbaar’ acht.
IBM geeft verder aan dat het werk dat op het platform wordt uitgevoerd, ten goede zal komen aan de ontwikkeling van zijn Quantum Starling-systeem, dat het omschrijft als een fouttolerante computer die tegen 2029 wordt verwacht.
