IBM plant Quantencomputer mit über 1000 Qubits

IBM hat die nächste Generation seiner Quantenprozessoren vorgestellt. Der unter dem Namen Nighthawk r3 entwickelte Chip soll bis zu 10'000 Quantenoperationen auf 520 programmierbaren Qubits ausführen können. Insgesamt umfasst die Architektur nach Unternehmensangaben 2034 physische Qubits. Für 2027 plant IBM, zwei dieser Prozessoren zu einem System mit 1040 programmierbaren Qubits zusammenzuschalten.

Mit der Weiterentwicklung verfolgt IBM zwei Ziele: Quantenberechnungen sollen komplexer werden und gleichzeitig schneller ablaufen. Denn die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers hängt nicht allein von der Anzahl seiner Qubits ab. Entscheidend sind auch die Qualität der Operationen, die Fehleranfälligkeit und die Geschwindigkeit, mit der Berechnungsergebnisse erzeugt werden können.

Deutliche Fortschritte bei der Geschwindigkeit

Bereits die im September 2026 vorgestellte Prozessorgeneration Nighthawk r2 zeigt laut IBM entsprechende Fortschritte. Der Prozessor unterstützt mehr als 7500 Quantenoperationen auf 120 Qubits und erreicht bis zu 100'000 Messresultate pro Sekunde. Ermöglicht wird dies unter anderem durch eine Technologie, mit der sich Qubits zwischen einzelnen Berechnungen schneller zurücksetzen lassen.

IBM zufolge haben Kunden und Forschungspartner, darunter E.ON, Algorithmiq und Q-CTRL, inzwischen mehr als 34 Milliarden Quantenschaltungen auf Nighthawk r2 ausgeführt. Dabei seien gegenüber früheren IBM-Prozessoren Leistungssteigerungen um den Faktor 19 erreicht worden. Konkrete Beispiele liefert der Energiekonzern E.ON, der bei Anwendungen des Quanten-Machine-Learnings zur Optimierung von Energienetzen eine 15-fache Beschleunigung meldet. IBM berichtet ausserdem über eine zwölfmal schnellere Ausführung eines Experiments zur Simulation magnetischer Materialien, das gemeinsam mit dem Oak Ridge National Laboratory entwickelt wurde.

Diese Ergebnisse beziehen sich allerdings auf bestimmte Workloads und Vergleichssysteme. Sie lassen sich deshalb nicht ohne Weiteres auf andere Anwendungen übertragen oder als genereller Geschwindigkeitsvorteil gegenüber klassischen Computern interpretieren.

Modulare Architektur für grössere Systeme

Eine wesentliche Neuerung von Nighthawk r3 ist die Möglichkeit, mehrere Prozessoren miteinander zu verbinden. Dazu sieht IBM zehn sogenannte L-Coupler vor, die Quantenzustände zwischen einzelnen Chips übertragen sollen.

Erste technische Grundlagen hat das Unternehmen nach eigenen Angaben bereits erprobt. Bei der Kopplung mehrerer Nighthawk-r1-Prozessoren wurde eine Übertragungsgenauigkeit von 99,3 Prozent erreicht. Angestrebt werden 99,9 Prozent. Zudem gelang es IBM, zwei kryogene Module miteinander zu verbinden und auf eine Betriebstemperatur von weniger als 15 Millikelvin abzukühlen. Ob sich diese Ergebnisse auf grössere Systeme übertragen lassen, muss sich allerdings noch zeigen. Insbesondere die Fehlerkorrektur bleibt eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung leistungsfähiger Quantencomputer.

Quantencomputing und HPC wachsen zusammen

Parallel zur Hardware erweitert IBM seine Quantum Platform. Sie soll Quantencomputer und klassische Hochleistungsrechner enger miteinander verbinden. Anwender können damit hybride Workflows ausführen, bei denen klassische Systeme beispielsweise die Steuerung, Fehleranalyse und Nachbearbeitung von Quantenberechnungen übernehmen.

Dass dieser Ansatz an Bedeutung gewinnt, zeigen Anwendungen aus der Forschung. Wissenschaftler von IBM und dem japanischen Forschungsinstitut RIKEN konnten einen entsprechenden Workflow laut Unternehmensangaben rund fünfmal schneller ausführen. Die Cleveland Clinic und RIKEN nutzten die Plattform zudem zur automatisierten Verarbeitung von 608 Millionen Messresultaten bei der Modellierung biologisch relevanter Strukturen. Gemeinsam mit dem Oak Ridge National Laboratory und AMD arbeitet IBM ausserdem an einer Plattform zur Quantenfehlerkorrektur, bei der ein Nighthawk-Prozessor mit klassischer HPC-Infrastruktur gekoppelt wird.