Prozessoren

IBMs Eagle Quantencomputer hat mehr Zustände als alle Menschen auf der Erde Atome

IBM hat mit dem Eagle die nächste Generation der Quantencomputer bzw. Quantenchips vorgestellt. Aus bisher 65 Qubits werden nun 127 und dies treibt die Komplexität in neue Größenordnungen. 127 Qubits können durch diverse Abhängigkeiten in den Zuständen insgesamt mehr Zustände darstellen, als es Atome in den über 7 Milliarden Menschen auf der Erde gibt. 5x 10³⁷ wäre die geschätzte Zahl. Somit wäre es auch nicht mehr möglich, ein solches System per Supercomputer zu simulieren.

Für Quantencomputer ist vor allem die Ansteuerung und das Auslesen der Qubits eine große Hürde. Je komplexer die Chips werden, desto schwieriger wird es die Control- und Auslese-Elektronik zu integrieren. Für Eagle hat hier ein Multiplexing-System entwickelt, welches es ermöglicht mehrere Qubits über eine Schaltungselektronik anzusteuern und auszulesen. Die vorherigen Hummingbird-Generationen wären nicht in der Lage gewesen, die entsprechenden Verschaltungen vorzunehmen.

Für Eagle hat sich IBM auch für ein 3D-Package des Quantenchips entschieden. In der obersten Ebene, der Qubit Plane befinden sich die eigentlichen Qubits. Die Transmon Qubits sind über einen Interposer und Bump-Bonds miteinander verbunden und ermöglichen es, die Qubit Plane theoretisch auch noch weitaus komplexer aufzubauen. Darunter befindet sich die Resonator Plane. Über diese werden die Zustände der Qubits ausgelesen. Die Wiring Plane versorgt die darüberliegenden Schichten mit den notwendigen Signalleitungen. Dies geschieht über supraleitende Thru-Substrat VIAs. Der Interposer entspricht in klassischer CMOS-Technik am ehesten dessen, was wir von klassischen Prozessoren kennen.

Auf Hummingbird mit 67 und nun Eagle mit 127 Qubits sollen schon 2022 Osprey mit 433 und Condor mit 1.121 Qubits folgen. Wenn 127 Qubits schon derart viele Zustände haben können, dann werden Systeme mit 433 und 1.121 noch einmal deutlich komplexer. Bei 433 Qubits sprechen wir schon mehr Zuständen, als es Atome im Universum gibt – sofern man diese Zahl überhaupt umfassen kann.

Über den Aufbau des Quantenchips und auch dem dazugehörigen Quantum System Two will IBM seine Hardware zukünftiger schneller erweitern können. Dazu ist das Quantum System Two modular aufgebaut und ermöglicht den Austausch einzelner Baugruppen. Hier will IBM also nicht nur den Eagle, sondern auch Osprey und Condor sowie Quantenchips, die darauf folgen werden, testen können.

Laut IBM befindet man sich noch immer in einer Findungsphase in der Kontrolle der Hardware und wie man mit den Ergebnissen umgeht. Einen spezifischen Anwendungsbereich hat das Quantencomputing auch noch nicht gefunden und so darf man sich weiter die Frage stellen, wohin die Entwicklung solcher Systeme führt und was der praktische Nutzen ist. Optimierungsaufgaben, bestimmte Simulationen, Kryptographie und energetische Optimierungen sind die heißesten Kandidaten für eine praktische Anwendung.