Quantumcentrische supercomputing is een geheel nieuw en tot nu toe niet gerealiseerd tijdperk van high-performance computing.
Een systeem van 100,000 qubit zou als basis dienen om enkele van 's werelds meest urgente problemen aan te pakken die zelfs de meest geavanceerde supercomputers van vandaag misschien nooit zullen kunnen oplossen.
Zo'n krachtig kwantumsysteem zou bijvoorbeeld geheel nieuwe inzichten in chemische reacties en de dynamiek van moleculaire processen kunnen ontsluiten.
Dit zou op zijn beurt onderzoekers in staat kunnen stellen klimaatverandering te bestuderen door betere methoden te modelleren om koolstof vast te leggen; ontdek materialen om batterijen te bouwen voor elektrische voertuigen en energienetwerken met als doel schoner en duurzamer te zijn; en ontdek effectievere en energiezuinigere meststoffen.
Om dit krachtige nieuwe paradigma in te luiden, wordt een wereldwijde samenwerking en activering van talent en middelen in verschillende sectoren en onderzoeksinstellingen geïnitieerd. Door samen te werken met de University of Chicago Universiteit van Tokyo, en het bredere wereldwijde ecosysteem van IBM, zal IBM de komende tien jaar werken aan het verbeteren van de onderliggende technologieën voor dit systeem, en aan het ontwerpen en bouwen van de benodigde componenten op schaal.
Een visuele weergave van de 100,000-qubit kwantumcentrische supercomputer van IBM Quantum, die naar verwachting in 2033 zal worden ingezet. (Credit: IBM)
In de toekomst is IBM van plan deze partnerschappen uit te breiden met Argonne National Laboratory en Fermilab National Accelerator Laboratory, die beide lid zijn van de Chicago Quantum Exchange en de thuisbasis zijn van twee respectieve kwantumhubs van het Department of Energy.
Belangrijk is dat de twee laboratoria capaciteiten en expertise bieden die de levering van de technologieën die worden overwogen in de race om een kwantumcentrische supercomputer te bouwen, kunnen vergemakkelijken.
“De afgelopen jaren heeft IBM voorop gelopen bij de introductie van quantum technologie voor de wereld”, aldus Arvind Krishna, Voorzitter en CEO, IBM. "We hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op onze routekaart en missie om wereldwijd bruikbare kwantumtechnologie tot stand te brengen, zozeer zelfs dat we nu, met onze partners, echt kunnen beginnen met het verkennen en ontwikkelen van een nieuwe klasse van supercomputing verankerd door kwantum."
"Het bereiken van doorbraken op grote schaal in kwantumtechnologie vereist een diepgewortelde en productieve samenwerking over de hele wereld en met een breed scala aan industriële, academische en overheidspartners", aldus Paul Alivisatos, Voorzitter van de University of Chicago. “Kwantuminformatiewetenschap en -technologie bevinden zich op een kruispunt waar fundamentele ontdekking en technische innovatie zullen worden gecombineerd om echte doorbraken te creëren. De University of Chicago is verheugd om samen te werken aan dit streven.”
“We verwachten dat onze samenwerking zal leiden tot wetenschappelijke doorbraken, versnelling van de acceptatie van kwantumcomputing voor het komende tijdperk en actieve betrokkenheid bij de kritieke maatschappelijke uitdagingen van de mensheid. We streven er ook naar bij te dragen aan de realisatie van een betere toekomstige samenleving door diverse talenten te koesteren”, aldus Dr. Teruo Fujii, de voorzitter van de Universiteit van Tokyo.
De plannen voor deze kwantumcentrische supercomputer omvatten naar verwachting innovaties op alle niveaus van de computerstack, en omvatten de convergentie van de gebieden van kwantumcomputing en kwantumcommunicatie, evenals de naadloze integratie van kwantum- en klassieke workflows via de hybride cloud .
Omdat zo'n computer nog nooit eerder is gemaakt, zal de eerste stap het maken van een blauwdruk zijn. Het ontwerp zal klassieke computers en kwantumcomputers moeten integreren - een uitdagende taak tot nu toe - en baanbrekend werk moeten verrichten op het gebied van kwantumcommunicatie en computertechnologie.
De basis van dit systeem omvat mijlpalen die IBM al heeft beschreven op zijn Quantum Development Roadmap. Dit omvat de mogelijkheid om een groeiend aantal kwantumprocessors te schalen en te verbinden via kwantuminterconnecties, evenals technologie om fouten te verminderen om luidruchtige maar krachtige kwantumprocessors volledig te benutten.
Tegen het einde van 2023 is IBM van plan om drie hoekstenen van zijn noodzakelijke architectuur voor kwantumcentrische supercomputers te introduceren. Een daarvan is de nieuwe 133-qubit 'IBM Heron'-processor. Deze processor is een compleet herontwerp van IBM's eerdere generaties kwantumprocessors, met een nieuwe poort van twee qubits voor betere prestaties. Het zal ook compatibel zijn met toekomstige uitbreidingen om modulaire aangesloten processors in staat te stellen de omvang van de computer te laten groeien.
De tweede is de introductie van IBM Quantum System Two. Het nieuwe vlaggenschipsysteem is ontworpen om modulair en flexibel te zijn om elementen van schaalvergroting te introduceren in de onderliggende componenten, waaronder klassieke besturingselektronica en cryogene bedradingsinfrastructuur met hoge dichtheid. Het is de bedoeling dat dit systeem eind 2023 online is.
De derde is de introductie van middleware voor kwantum, een set tools om werklasten uit te voeren op zowel klassieke als kwantumprocessors. Dit omvat tools voor het ontleden, parallelle uitvoering en reconstructie van workloads om efficiënte oplossingen op schaal mogelijk te maken.
In het komende decennium is IBM van plan samen te werken met universitaire partners en zijn wereldwijde kwantumecosysteem om te ontwikkelen hoe zijn kwantumprocessors kunnen worden verbonden via kwantumverbindingen. Dit werk zal gericht zijn op het mogelijk maken van zeer efficiënte, high-fidelity inter-processor kwantumbewerkingen en een betrouwbare, flexibele en betaalbare infrastructuur voor systeemcomponenten om schaalvergroting tot 100,000 qubits mogelijk te maken.
IBM's samenwerking met de University of Chicago zal voortbouwen op de Chicago sterke punten van het gebied op het gebied van kwantumonderzoek. De University of Chicago heeft het kwantumecosysteem van de regio meer dan tien jaar geleden gezaaid met de beslissing om van kwantumtechnologie een focus te maken van wat nu de Pritzker School of Molecular Engineering is. Chicago is misschien wel een van de toonaangevende wereldwijde hubs geworden voor onderzoek naar kwantumtechnologie en de thuisbasis van een van de grootste kwantumnetwerken in het land.
Wetenschappers uit de University of ChicagoHet hoofdkantoor in Chicago Quantum Exchange, dat Argonne National Laboratory en Fermilab National Accelerator Laboratory, vier universiteiten, meer dan 40 industriële partners en onderzoekers van andere academische instellingen van wereldklasse in de regio omvat, zal het begrip en het gebruik van kwantumtechnologie blijven uitbreiden.
In samenwerking met IBM, onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben vooruitgang geboekt met onderwerpen als de gedetailleerde analyse van ruis diep in kwantumprocessors, de ontwikkeling van efficiënte berekeningen voor kunstmatige kwantumintelligentie en kwantumchemiesimulatie met klassieke kwantumhybride berekeningen.
Lees de IBM Research-blog voor meer informatie over het pad naar een 100,000-qubit kwantumcentrische supercomputer.
Bekijk meer : IGBT-modules | LCD-schermen | Elektronische Componenten