Quantenzentriertes Supercomputing ist eine völlig neue und bisher noch nicht realisierte Ära des Hochleistungsrechnens.
Ein 100,000-Qubit-System würde als Grundlage für die Bewältigung einiger der dringendsten Probleme der Welt dienen, die selbst die fortschrittlichsten Supercomputer von heute möglicherweise nie lösen können.
Ein solch leistungsstarkes Quantensystem könnte beispielsweise völlig neue Erkenntnisse über chemische Reaktionen und die Dynamik molekularer Prozesse ermöglichen.
Dies wiederum könnte es Forschern ermöglichen, bei der Erforschung des Klimawandels durch die Modellierung besserer Methoden zur Kohlenstoffbindung zu helfen; Entdecken Sie Materialien zum Bau von Batterien für Elektrofahrzeuge und Energienetze mit dem Ziel, sauberer und nachhaltiger zu werden. und entdecken Sie wirksamere und energieeffizientere Düngemittel.
Um dieses kraftvolle neue Paradigma einzuleiten, wird eine globale Zusammenarbeit und Aktivierung von Talenten und Ressourcen über Branchen und Forschungseinrichtungen hinweg initiiert. Durch die Partnerschaft mit der University of Chicago, der University of Tokyound dem breiteren globalen Ökosystem von IBM wird IBM im nächsten Jahrzehnt daran arbeiten, die zugrunde liegenden Technologien für dieses System voranzutreiben sowie die erforderlichen Komponenten in großem Maßstab zu entwerfen und zu bauen.
Eine visuelle Darstellung des quantenzentrierten 100,000-Qubit-Supercomputers IBM Quantum, der voraussichtlich bis 2033 eingesetzt wird. (Quelle: IBM)
In Zukunft beabsichtigt IBM, diese Partnerschaften auf das Argonne National Laboratory und das Fermilab National Accelerator Laboratory auszuweiten, die beide Mitglieder der Chicago Quantum Exchange sind und jeweils zwei Quantenzentren des Energieministeriums beherbergen.
Wichtig ist, dass die beiden Labore über Fähigkeiten und Fachwissen verfügen, die die Bereitstellung der im Wettlauf um den Bau eines quantenzentrierten Supercomputers vorgesehenen Technologien erleichtern können.
„In den letzten Jahren war IBM Vorreiter bei der Einführung von Quantentechnologien Technologie zur Welt“, sagte Arvind Krishna, Vorsitzender und CEO, IBM. „Wir haben auf unserem Weg und unserer Mission, weltweit nützliche Quantentechnologie zu etablieren, erhebliche Fortschritte erzielt, so dass wir nun gemeinsam mit unseren Partnern tatsächlich damit beginnen können, eine neue Klasse von Supercomputing zu erforschen und zu entwickeln, die auf Quantentechnologie basiert.“
„Um Durchbrüche in großem Maßstab in der Quantentechnologie zu erzielen, ist eine tief verwurzelte und produktive Zusammenarbeit auf der ganzen Welt und mit einem breiten Spektrum von Partnern aus Industrie, Wissenschaft und Regierung erforderlich“, sagte er Paul AlivisatosPräsident der University of Chicago. „Die Quanteninformationswissenschaft und -technologie steht an einem Scheideweg, an dem grundlegende Entdeckungen und technische Innovation zu echten Durchbrüchen führen werden. Der University of Chicago ist begeistert, bei diesem Unterfangen mitzuarbeiten.“
„Wir gehen davon aus, dass unsere Partnerschaft zu wissenschaftlichen Durchbrüchen, einer beschleunigten Einführung des Quantencomputings für die kommende Ära und einem aktiven Engagement für die kritischen gesellschaftlichen Herausforderungen der Menschheit führen wird. Unser Ziel ist es auch, zur Verwirklichung einer besseren Gesellschaft der Zukunft beizutragen, indem wir vielfältige Talente fördern“, sagte Dr. Teruo Fujii, der Präsident der University of Tokyo.
Die Pläne für diesen quantenzentrierten Supercomputer sollen Innovationen auf allen Ebenen des Rechenstapels beinhalten und die Konvergenz der Bereiche Quantencomputing und Quantenkommunikation sowie die nahtlose Integration von Quanten- und klassischen Arbeitsabläufen über die Hybrid Cloud umfassen .
Da ein solcher Computer noch nie zuvor hergestellt wurde, besteht der erste Schritt darin, einen Bauplan zu entwerfen. Der Entwurf muss klassische Computer und Quantencomputer integrieren – eine bisher anspruchsvolle Aufgabe – und gleichzeitig neue Wege in der Quantenkommunikation und Computertechnologie beschreiten.
Die Grundlage dieses Systems wird Meilensteine sein, die IBM bereits in seiner Quantum Development Roadmap skizziert hat. Dazu gehört die Fähigkeit, eine wachsende Zahl von Quantenprozessoren über Quantenverbindungen zu skalieren und zu verbinden, sowie Technologien zur Fehlerminderung, um laute und dennoch leistungsstarke Quantenprozessoren voll auszunutzen.
Bis Ende 2023 will IBM drei Eckpfeiler seiner notwendigen Architektur für quantenzentrierte Supercomputer vorstellen. Einer davon ist der neue 133-Qubit-Prozessor „IBM Heron“. Bei diesem Prozessor handelt es sich um eine komplette Neugestaltung der vorherigen Quantenprozessorgenerationen von IBM mit einem neuen Zwei-Qubit-Gate, um eine höhere Leistung zu ermöglichen. Es wird auch mit zukünftigen Erweiterungen kompatibel sein, um modular angeschlossene Prozessoren zu ermöglichen, die Größe des Computers zu vergrößern.
Die zweite ist die Einführung von IBM Quantum System Two. Das neue Flaggschiffsystem ist modular und flexibel konzipiert, um Skalierungselemente in die zugrunde liegenden Komponenten einzuführen, darunter klassische Steuerelektronik und eine hochdichte kryogene Verkabelungsinfrastruktur. Dieses System soll bis Ende 2023 online sein.
Das dritte ist die Einführung von Middleware für Quanten, einer Reihe von Tools zum Ausführen von Workloads sowohl auf klassischen als auch auf Quantenprozessoren. Dazu gehören Tools zur Zerlegung, parallelen Ausführung und Rekonstruktion von Workloads, um effiziente Lösungen im großen Maßstab zu ermöglichen.
Im Laufe des nächsten Jahrzehnts plant IBM, mit Universitätspartnern und seinem weltweiten Quantenökosystem zusammenzuarbeiten, um zu entwickeln, wie seine Quantenprozessoren über Quantenverbindungen verbunden werden können. Diese Arbeit zielt darauf ab, hocheffiziente, hochpräzise Quantenoperationen zwischen Prozessoren und eine zuverlässige, flexible und erschwingliche Infrastruktur für Systemkomponenten zu ermöglichen, um eine Skalierung auf 100,000 Qubits zu ermöglichen.
Die Zusammenarbeit von IBM mit der University of Chicago wird darauf aufbauen Chicago Stärken des Bereichs in der Quantenforschung. Der University of Chicago gründete vor mehr als einem Jahrzehnt das Quantenökosystem der Region mit der Entscheidung, die Quantentechnologie zu einem Schwerpunkt der heutigen Pritzker School of Molecular Engineering zu machen. Chicago hat sich wohl zu einem der weltweit führenden Zentren für die Forschung in der Quantentechnologie entwickelt und ist die Heimat eines der größten Quantennetzwerke des Landes.
Wissenschaftler aus der University of ChicagoDie Chicago Quantum Exchange mit Hauptsitz, zu der das Argonne National Laboratory und das Fermilab National Accelerator Laboratory gehören, vier Universitäten, mehr als 40 Industriepartner und Forscher an anderen erstklassigen akademischen Institutionen in der Region werden das Verständnis und die Nutzung der Quantentechnologie weiter ausbauen.
In Zusammenarbeit mit IBM haben Forscher am University of Tokyo haben Themen wie die detaillierte Analyse des Rauschens tief im Inneren von Quantenprozessoren, die Entwicklung effizienter Berechnungen für künstliche Quantenintelligenz und die Simulation der Quantenchemie mit klassischen Quanten-Hybridberechnungen vorangetrieben.
Weitere Informationen zum Weg zu einem quantenzentrierten 100,000-Qubit-Supercomputer finden Sie im IBM Research-Blog.
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