Ohne Cloud-Warteschlange

20-Qubit-Quantencomputer für spezielle Anwendungen

25. November 2022, 9:00 Uhr | Heinz Arnold
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Die Produktion eines Quantenprozessors in der Fab von IQM
© IQM

Bereits in diesem Jahr will IQM den ersten 20-Qubit-Quantencomputer in Finnland ausliefern. Ein weiterer wird in München im nächsten Jahr folgen, um damit die Grundlage für nützliche chemische Simulationen mit anwendungsspezifischen Quanten-ASICs schaffen.

Sind 20 Qubits nicht ein bisschen wenig im Vergleich zu dem, was die führenden amerikanischen Anbieter bereits auf dem Markt haben? »Wir sehen diese Unternehmen nicht direkt als Konkurrenz, denn ihr Ziel ist es, Allzweck-Quantencomputer zu entwickeln, die in der Cloud-Umgebung eingesetzt werden«, sagt Stefan Rank, Marketing Manager bei IQM Deutschland. »Wir hingegen bauen anwendungsspezifische Quantencomputer, die auf ganz bestimmte Anwendungsfälle zugeschnitten sind wie zum Beispiel die Berechnung von Molekülstrukturen in der Chemie.« IQM hat gerade einen Kooperationsvertrag mit einem Dax-Unternehmen unterzeichnet, um gemeinsam eine solche Maschine zu entwickeln.

Schon zuletzt hat IQM mit seinen 5-Qubit-Typen, die bereits ausgeliefert wurden, gezeigt, dass die eigenen Quantencomputer grundsätzlich funktionieren. Die Anwender können sich über diese Typen mit den Besonderheiten der Quantencomputer mit vollem Hardwarezugriff vertraut machen – also die Architektur und das System ausprobieren, ohne von der Cloud in die Warteschlange gesetzt zu werden. Berechnungen mit kommerzieller Bedeutung lassen sich damit allerdings noch nicht durchführen.

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Die Ingenieure Vladimir Milchakov und Juho Hotari arbeiten am Quantencomputer von IQM.
© IQM

Die Hardware-Entwicklung der 20-Qubit-Typen ist bereits abgeschlossen; nun erfolgt die Software-Optimierung. Auch damit wird IQM wahrscheinlich noch keinen Quantenvorteil oder eine Quantenüberlegenheit erreichen, aber es wird seinem Ziel, den Weg zum Quantenvorteil zu beschleunigen, ein Stück näher kommen. Der 20-Qubit-Computer wird die klassischen Hochleistungsrechner nicht übertreffen, aber er kann zu Benchmarking-Zwecken eingesetzt werden und weitere wichtige Erkenntnisse auf dem Weg zum Quantenvorteil liefern.

»Damit zeigen wir, dass unsere Systeme in der Realität funktionieren«, freut sich Rank. »Diese 20-Qubit-Systeme sind als Basisplattform für weitere anwendungsspezifische Systeme zu sehen, mit denen wir den Quantenvorteil beschleunigen wollen.«

IQM entwickelt die Quantenprozessoren für seine Quantencomputer nicht nur selbst, das Unternehmen fertigt sie auch in der eigenen, 560 m2 großen Fab in Espoo/Finnland, die im November 2021 eröffnet wurde. Ende April 2022 hat die European Investment Bank (EIB) weitere 35 Mio. Euro zur Verfügung gestellt, die in die Expansion der Fab, in die Materialforschung und die Entwicklung der Quantenprozessoren fließen sollen.

Laut Rank ist es wichtig, die Quantenprozessoren – IQM setzt auf die supraleitende Technik – selbst zu entwerfen und zu fertigen. Denn erstens seien die Prozesse und Materialien für die Fertigung von supraleitenden Quantenprozessoren doch etwas verschieden von denen, die in einer Standard-CMOS-Fab ablaufen. »Zweitens können wir die Hardware und die Software aufeinander abstimmen und optimieren. Das ist gerade jetzt in der NISQ-Ära besonders wichtig.«

Denn auf diese Weise lassen sich die Algorithmen und die Implementierung so wählen, dass die Anzahl der Gates für eine spezifische Aufgabe möglichst gering ausfällt, was wiederum die Zahl der Fehler drückt. Rank spricht in diesem Zusammenhang von Error Mitigation, weil es zwar noch keine echte Error Correction ist, aber die effektive Zahl der Fehler deutlich reduziert.

In eineinhalb Jahren will IQM dann die ersten 50-bit-QPUs und die entsprechenden Quantencomputer realisieren. Ob dann der Quantenvorteil erreicht werden kann? »Einige unserer Wettbewerber behaupten, dass sie bis 2023 einen ersten Quantenvorteil erreichen könnten – wir wollen uns an diesen Spekulationen nicht beteiligen. Wir versuchen vielmehr, den Quantenvorteil verglichen mit Allzweck-Quantencomputern effizienter und beschleunigt bereitzustellen.« 


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