IBM heeft Nighthawk r3 aangekondigd, zijn volgende supergeleidende kwantumchip, ontworpen om 10.000 bewerkingen nauwkeurig uit te voeren op 520 programmeerbare qubits. Het concern plant in 2027 twee r3-chips te koppelen in een systeem van 1.040 qubits.
Een qubit, of kwantumbit, is de basiseenheid van een kwantumcomputer. De Nighthawk-familie is gebaseerd op een zogenaamde vierkantennetwerkarchitectuur: de meeste qubits zijn verbonden met vier buren, tegenover twee of drie bij eerdere ontwerpen. Volgens IBM maakt deze connectiviteit het mogelijk meer verstrengelingsstructuren uit te drukken met minder permutatiebewerkingen.
De huidige chip in productie, Nighthawk r2, telt 120 programmeerbare qubits, 218 koppelaars en 120 reset-elementen, in totaal 458 fysieke elementen. Hij is toegankelijk via het IBM Quantum Platform, in de cloud.
Een snellere reset
Volgens IBM was de belangrijkste rem op eerdere processors het resetten van de qubits. De methode gebruikt op Heron, genaamd conditioneel, meet de qubit en keert hem om als hij zich in de aangeslagen toestand bevindt. Ze maakt het echter niet mogelijk ‘weglekkende’ qubits te corrigeren, waardoor de chip honderden microseconden inactief blijft tussen twee runs.
Nighthawk r2 vervangt deze aanpak door een dissipatief resetmechanisme gekoppeld aan elke qubit. Een verstelbare koppelaar verbindt elke qubit op aanvraag met een koude omgeving. De effectieve relaxatietijd, genoteerd als T1, zou zo dalen van ongeveer 200 microseconden naar ongeveer 25 nanoseconden, en de inactiviteitstijd tussen twee uitvoeringen zou kunnen dalen tot 1 microseconde. IBM kondigt het volgende resultaat aan: meer dan 100.000 circuits per seconde, tegen ongeveer 4.000 voor Heron.
Volgens IBM hebben klanten al 34 miljard circuits uitgevoerd op Nighthawk r2. De gerapporteerde winsten door partners, die IBM als zelfverklaard presenteert, lopen op tot 19 keer de snelheid van eerdere processors. De energieleverancier E.ON noemt een winst van 15 keer in kwantummachine learning voor de optimalisatie van elektriciteitsnetten, en het Oak Ridge National Laboratory van 12 keer op een simulatie van magnetische materialen. Voor Q-CTRL daalde de uitvoeringstijd van een fermionische simulatie op 60 qubits van 4 minuten 25 seconden naar 23 seconden.
Chips koppelen
De weg naar 1.040 qubits loopt via de l-couplers, interconnecties tussen chips. IBM heeft twee Nighthawk r1-chips verbonden met vier van deze verbindingen, elk gebruikmakend van een kabel van 80 cm. De staatsoverdracht zou tot 99,3% bereiken, met een gemiddelde van 99%, terwijl het gestelde doel 99,9% is. IBM geeft verder aan twee cryogene modules te hebben verbonden, waarbij minder dan 15 millikelvin werd bereikt in minder dan vijf dagen.
Nighthawk r3 behoudt het vierkantennetwerk en de snelle bewerkingen van r2, met 2.034 fysieke qubits en tien l-couplers. Het blijft echter een ontwerp en geen geleverde hardware. Het systeem van 1.040 qubits wordt gepresenteerd als een project voor 2027.
