- IBM planlegg ein kvantedatamaskin med over 4 000 qubitar innan 2025, oppnådd ved å kople saman tre Kookaburra-brikker med 1 386 qubitar kvar til eit system med 4 158 qubitar.
- Den modulære plattforma Quantum System Two, lansert i 2023, er designa for å huse fleire brikker og har eit kryogent kjøleskap og avansert styreelektronikk.
- Seint i 2023 starta IBM opp den første Quantum System Two, som køyrer tre Heron-prosessorar med 133 qubitar parallelt.
- IBM har som mål å ha tre Kookaburra-brikker på System Two innan utgangen av 2025, og skape ein enkelt maskin med 4 158 qubitar.
- IBM brukar kortdistanse koplingar mellom brikkene og kryogene lenkjer for å kople saman brikkene til eit samla datanettverk.
- Selskapet kallar tilnærminga kvantesentrisk superdatabehandling, der QPU-ar, CPU-ar og GPU-ar blir vevd saman til eit samla datanettverk.
- Qiskit Runtime og circuit knitting gjer det mogleg for utviklarar å køyre store kvanteoppgåver over fleire brikker med innebygd feilreduksjon.
- Systemet med over 4 000 qubitar vil operere i NISQ-regimet i 2025, og vil vere avhengig av feilreduksjon i staden for full kvantefeilretting.
- Ekspertar anslår at det å knekke RSA-2048 vil krevje om lag 4 000 feilretta logiske qubitar, truleg millionar av fysiske qubitar.
- Konkurrentar inkluderer Google, som siktar mot feilrobust kvantedatabehandling innan 2029, IonQ som satsar på algoritmiske qubitar, Quantinuum med fokus på høg presisjon og feilrobustheit, og D-Wave som tilbyr eit annealer-system med over 5 000 qubitar.
IBM står på terskelen til eit gjennombrot innan kvantedatabehandling: ein “kvantesuperdatamaskin” med over 4 000 qubitar innan 2025. Teknologigiganten sin ambisiøse plan – del av ein større kvantestrategi – lovar å revolusjonere databehandling ved å løyse problem dagens raskaste superdatamaskiner ikkje klarer. I denne rapporten skal vi gå gjennom IBMs kvanteferd, utforminga av systemet med over 4 000 qubitar, ekspertinnsikt (og hype), korleis det står seg mot rivalar som Google og IonQ, og kva ei maskin med 4 000 qubitar kan bety for verda.
Bakgrunn: IBMs kvantedatamaskin-satsing
IBM har vore ein pioner innan kvantedatabehandling, og leia an både innan maskinvare og programvare. Allereie i 2020 la IBM fram ein kvantevegkart og har nådd kvart milepæl sidan. Dei demonstrerte 127‑qubit Eagle-prosessoren i 2021 – ein brikke så kompleks at kretsane “ikkje kan simulerast nøyaktig på ein klassisk datamaskin” insidehpc.com. I 2022 introduserte IBM 433‑qubit Osprey-brikka, eit stort steg opp frå Eagle i talet på qubitar techmonitor.ai. Nyleg, seint i 2023, nådde IBM 1 121‑qubitar med Condor-prosessoren – den første kvanteprosessoren som passerte tusen qubitartomorrowdesk.com. Kvar av desse framstega har lagt viktig grunnlag for å skalere opp til tusenvis av qubitar.
Men strategien til IBM handlar ikkje berre om å stable på fleire qubits. Selskapet legg vekt på ein fullstakk-tilnærming: robust kvantemaskinvare, intelligent kvanteprogramvare, og eit breitt økosystem av brukarar og partnarar newsroom.ibm.com, insidehpc.com. I 2016 la IBM den første kvantedatamaskina ut i skyen for offentleg bruk, og i dag er over 200 organisasjonar og 450 000 brukarar kopla til IBMs kvantetenester via skyen techmonitor.ai. IBMs programvarerammeverk (Qiskit) og Qiskit Runtime-miljø gjer det mogleg for utviklarar å køyre kvanteprogram effektivt, med innebygde verktøy for å redusere feil og orkestrere hybride kvante-klassiske arbeidsmengder newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Denne tette integrasjonen av maskinvare og programvare – saman med eit nettverk av akademiske og industrielle samarbeidspartnarar – er sentral i IBMs overordna mål: å bringe nyttig kvantedatabehandling til verda, ikkje berre laboratoriedemonstrasjonar.
IBM likar å kalle denne visjonen “kvantesentrisk superdatamaskin”. Tanken er til slutt å veve saman kvanteprosessorar (QPU-ar) med klassiske CPU-ar og GPU-ar i eit saumlaust databehandlingsstoff insidehpc.com. Akkurat som moderne superdatamaskiner kombinerer CPU-ar og AI-akseleratorar for å handtere AI-arbeidsmengder, ser IBM for seg framtidige superdatamaskiner som kombinerer kvante- og klassiske motorar for å løyse problem ingen av dei kunne løyse åleine insidehpc.com. Med orda til Dr. Jay Gambetta, IBMs visepresident for kvante, “No introduserer IBM den kvantesentriske superdatamaskina, der kvantaressursar – QPU-ar – vil bli vevd saman med CPU-ar og GPU-ar i eit databehandlingsstoff”, med mål om å løyse “dei tøffaste problema” innan vitskap og industri insidehpc.com. Det er ein dristig visjon som går lenger enn berre å lage ein raskare datamaskin; det handlar om å endre sjølve forma på databehandling.
Design av ein kvantesuperdatamaskin med over 4 000 qubitar
Korleis byggjer du ein kvantedatamaskin med over 4 000 qubitar? IBMs svar: modularitet. I staden for éin gigantisk brikke, koplar IBM saman fleire mindre kvantebrikker til eitt system – litt som å kople noder i ein superdatamaskin. Selskapet si neste generasjons plattform, kalla IBM Quantum System Two, er spesielt designa for dette. System Two, som kom i 2023, er IBMs første modulære kvantedatamaskinsystem, med eit toppmoderne kryogent kjøleskap og styreelektronikk som kan støtte fleire kvanteprosessorar samtidig techmonitor.ai, newsroom.ibm.com. Det er det fysiske “huset” som skal huse IBMs kommande flåte av samanlikna brikker, alle avkjølte til nær det absolutte nullpunktet. Ved å kombinere brikker kan IBM raskt skalere opp talet på qubitar utan å måtte lage umogleg store enkeltbrikker – ein tilnærming som er avgjerande for å gå frå hundrevis til tusenvis av qubitar.
Figur: IBMs visjon for ein kvantesuperdatamaskin er å kople saman fleire kvantebrikker til eitt system. I 2025 planlegg IBM å introdusere “Kookaburra,” ein 1 386‑qubit prosessor med kvantekommunikasjonslenkjer; tre Kookaburra-brikker kan koplast saman til eit eint 4 158‑qubit system ibm.com. Denne modulære arkitekturen gjer at IBM kan skalere til tusenvis av qubitar ved å kople saman mindre prosessorar i staden for å stole på éi enorm brikke.
Hjartet i IBMs 4 000-qubit-plan er den komande familien av prosessorar med fuglenamn. I 2024 er det venta at IBM lanserer «Flamingo», ein 462-qubit-brikke designa for å teste kvantekommunikasjon mellom brikker ibm.com. IBM planlegg å demonstrere Flamingo-designet ved å kople saman tre Flamingo-prosessorar til eitt 1 386-qubit-system – i praksis for å vise at fleire brikker kan samarbeide som om dei var éi eining ibm.com. Så kjem den store: i 2025 vil IBM avduke «Kookaburra», ein 1 386-qubit-prosessor bygd for modulær skalering ibm.com. Takket vere innebygde kommunikasjonslenker kan tre Kookaburra-brikker koplast saman til éi maskin med 4 158 qubit ibm.com. Ifølgje IBM sjølv vil dette bli den første kvantesentrerte superdatamaskina, og bryte 4 000-qubit-grensa.Korleis ser denne arkitekturen ut? I hovudsak brukar IBM kortdistanse koplarar mellom brikker og kryogene lenker for å binde saman qubit på tvers av ulike brikker spectrum.ieee.org. Tenk på kvar brikke som ein «flis» av qubit; koplarar gjer at tilstøytande fliser kan dele kvanteinformasjon, og spesielle mikrobølgjekablar kan kople brikker som ligg litt lenger frå kvarandre spectrum.ieee.org. Utfordringa er å få qubit på separate brikker til å oppføre seg nesten som om dei er på same brikke – ikkje enkelt, sidan kvantetilstandar er skjøre. IBM har utvikla ny koplarteknologi for å halde samanfiltra qubit koherente mellom brikker tomorrowdesk.com. System Two gir det ultrakalde, vibrasjonsfrie miljøet og eit fleksibelt leidningsoppsett for å støtte slike nettverk med fleire brikker techmonitor.ai. Alt dette blir styrt av eit «intelligent» kontrollag (programvare og klassisk datakraft) som dirigerer kvanteoperasjonar på tvers av dei ulike brikkene, slik at dei jobbar saman insidehpc.com.
IBMs tidslinje legg opp til at 4 000+ qubit-systemet skal vere operativt ein gong i 2025 techmonitor.ai. Faktisk er dei første delane allereie på plass. Seinhausten 2023, under IBM Quantum Summit, starta IBM opp første Quantum System Two, som køyrer tre mindre 133-qubit “Heron”-prosessorar parallelt newsroom.ibm.com. Dette fungerte som ein prototype: Heron er ein relativt låg-qubit-brikke, men med betydeleg betre feilrate, og IBM brukte System Two for å vise at dei kan drifte fleire prosessorar saman som eitt system newsroom.ibm.com. I løpet av det neste året eller to vil IBM skalere dette opp – bytte inn større brikker (som Flamingo og deretter Kookaburra) og kople saman fleire av dei. Målet er at innan slutten av 2025 skal IBM Quantum System Two huse tre Kookaburra-brikker og dermed >4 000 samanbundne qubits i éi maskin techmonitor.ai. Ser ein endå lenger fram, ser IBM for seg å kople saman fleire System Two: til dømes kan tre slike system gje ein 16 000+ qubit-klynge i framtida techmonitor.ai. Med andre ord, 4 000 qubits er ikkje endemålet – det er eit steg på vegen mot endå større kvantemaskiner bygd ved å nettverke moduler saman, på same måte som klassiske superdatamaskiner skalerer ut med fleire noder.
IBMs visjon: Innsikt frå kvanteleiarar
IBMs kvanteteam er forståeleg nok begeistra – og optimistiske – for kva dette spranget til 4 000 qubitar betyr. IBMs forskingsdirektør, Dr. Darío Gil, har ofte snakka om å nå ein ny æra for praktisk kvantedatabehandling. “Å gjennomføre visjonen vår har gitt oss klar innsikt i framtida for kvante og kva som skal til for å ta oss til den praktiske kvantedatabehandlingsæraen,” sa Gil, då IBM utvida veikartet sitt newsroom.ibm.com. Med målet om 4 000+ qubitar i sikte, skildra han det som starten på “ein æra med kvantesentrerte superdatamaskiner som vil opne opp store og kraftige berekningsrom” for utviklarar, partnarar og kundar newsroom.ibm.com. Med andre ord, IBM ser dette som starten på kvantedatamaskiner som ikkje berre er labeksperiment, men kraftige verktøy for bruk i den verkelege verda.
Jay Gambetta, IBM Fellow og VP for Quantum, har kalla 2023 eit viktig vendepunkt – augeblikket då konseptet kvantesentrert superdatamaskin vart realisert i prototypeform techmonitor.ai. Ifølgje Gambetta er det ikkje nok å berre ha fleire qubitar; “kvantesentrert superdatabehandling vil krevje meir enn berre mange qubitar”, forklarte han – det treng òg større kretsdjupn og tett integrasjon med klassiske system techmonitor.ai. Dette speglar IBMs vekt på kvaliteten på qubitane og den sømlause samansmeltinga av kvante- og klassisk databehandling. “Vår misjon er å bringe nyttig kvantedatabehandling til verda,” sa Gambetta. “Vi skal halde fram med å tilby det beste fullstakk-kvantetilbodet i bransjen — og det er opp til bransjen å ta desse … systema i bruk” techmonitor.ai. Bodskapen: IBM skal levere maskinvare og programvare, og dei forventar at bedrifter og forskarar byrjar å gjere innverknadsrike ting med det.
På Quantum Summit 2023 la IBMs team fram ein optimistisk tone om kor moden teknologien er. «Vi er trygt inne i ei tid der kvantedatamaskiner blir brukt som eit verktøy for å utforske nye grenser innan vitskap,» sa Dr. Darío Gil, og påpeikte at kvantemaskiner ikkje lenger berre er kuriositetar newsroom.ibm.com. Han framheva IBMs framgang med å skalere desse systema gjennom modulær design, og lova å «vidare auke kvaliteten på ein kvanteteknologisk stabel i verktøyskala – og setje det i hendene på brukarane og partnarane våre, som vil presse grensene for meir komplekse problem» newsroom.ibm.com. I hovudsak, etter kvart som IBM skalerer opp talet på qubits, jobbar dei òg for å forbetre qubit-fidelitet og programvare-«intelligens», slik at desse tusenvis av qubits faktisk kan gjere nyttig arbeid på komplekse problem.
IBM brukar til og med eit levande bilete for det komande skiftet. Selskapet samanliknar overgangen frå dagens gryande kvantedatamaskiner til kvantesuperdatamaskina i 2025 med «å erstatte papirkart med GPS-satellittar» i navigasjon ibm.com. Det er eit sterkt bilete: kvantesuperdatamaskiner kan leie oss gjennom rekneproblem på ein grunnleggjande ny måte, slik GPS revolusjonerte korleis vi finn vegen vår. Om røynda vil svare til IBMs optimisme, gjenstår å sjå, men det er ingen tvil om at IBMs fremste hovud trur dei står på terskelen til noko stort.
Kva seier ekspertane: Hype og realitetssjekk
IBMs kunngjering om 4 000 qubits har skapt mykje blest, men eksterne ekspertar minner oss ofte om å halde forventningane nede. Eit viktig poeng dei trekkjer fram: fleire qubits åleine garanterer ikkje nyttige resultat. Dagens kvantebitar er «støyete» – dei er utsette for feil – så det å berre kople saman tusenvis av ufullkomne qubits løyser ikkje magisk problema dersom desse qubits ikkje kan halde på koherensen. IEEE Spectrum påpeikte at IBMs plan må følgjast av eit «intelligent programvarelag» for å handtere feil og organisere den hybride kvante-klassiske arbeidsmengda spectrum.ieee.org. Faktisk kan ein kraftig ny programvarestabel vere «nøkkelen til å gjere noko nyttig» med ein 4 000-qubit prosessor, ved å handtere feilreduksjon og fordele oppgåver mellom kvantehardware og klassiske co-prosessorar spectrum.ieee.org. Kort sagt, rått qubit-tal er ikkje alt – korleis du brukar og styrer desse qubits er minst like viktig.
Nokre bransjeobservatørar peikar òg på gapet mellom fysiske qubitar og logiske qubitar. Ein logisk qubit er ein feilretta qubit, i praksis ein klynge av mange fysiske qubitar som samarbeider for å opptre som ein svært påliteleg qubit. Ekspertar anslår at det å bryte moderne kryptering (som 2048-bits RSA-nøklar som vernar nettryggleik) vil krevje om lag 4 000 feilretta logiske qubitar – noko som i praksis kan bety millionar av fysiske qubitar gitt dagens feilretta overheng postquantum.com. Som ein tryggleiksanalytikar sa det, “4 000 logiske qubitar er ikkje det same som 4 000 faktiske qubitar” – ein fullt feilretta kvantedatamaskin med tusenvis av logiske qubitar er framleis ein fjern draum postquantum.com. IBMs maskin med over 4 000 qubitar vil vere langt frå det feilrobuste idealet; den vil bestå av fysiske qubitar som krev smarte feilreduseringsteknikkar for å vere nyttige. Forskarar er raske til å åtvarne om at vi ikkje bør forvente at denne maskina til dømes skal knekke internettkryptering eller løyse alle uløyselege problem over natta.Når det er sagt, set IBMs ambisiøse veikart dei føre mange konkurrentar i kappløpet om flest qubitar, og nokre ekspertar rosar den modulære tilnærminga som ein pragmatisk måte å skalere på. “Vi trur at klassiske ressursar verkeleg kan forsterke det du kan gjere med kvante og få mest mogleg ut av den kvantekapasiteten,” sa Blake Johnson, leiar for IBM Quantum Platform, og understreka behovet for samspel mellom kvante- og klassisk databehandling for å utnytte desse store systema spectrum.ieee.org. Dette synet blir ofte delt: framtida er “kvante-pluss-klassisk” i samspel.
Konkurrerande visjonar: IBM vs. Google, IonQ og andre
IBM er ikkje åleine i kappløpet om kvantedatamaskiner, men strategien deira skil seg frå andre store aktørar. Google, til dømes, har vore mindre oppteken av talet på kvantebitar på kort sikt og meir av å oppnå ein fullstendig feilretta kvantedatamaskin. Google sin veikart har som mål å realisere ein nyttig, feilretta kvantemaskin innan 2029, og selskapet har jamt og trutt arbeidd med å demonstrere logiske kvantebitar og feilreduksjon i staden for å prøve å slå rekordar i talet på kvantebitar thequantuminsider.com. (Google sine noverande einingar, som den 72-kvantebitars Bristlecone eller nyare utgåver av deira 53-kvantebitars Sycamore, har langt færre kvantebitar enn IBM sine, men Google har nyleg vist at å auke talet på fysiske kvantebitar i ein logisk kvantebit kan redusere feilraten, eit lovande steg mot skalerbarheit thequantuminsider.com.) I offentlege utsegner har leiinga i Google antyda ein tidshorisont på 5–10 år før kvantedatamaskiner byrjar å få verkeleg innverknad thequantuminsider.com. Så medan IBM stormar mot ein prototype med 4 000 kvantebitar, satsar Google på det lange spelet for å oppnå ein fullstendig feiltolerant kvantedatamaskin, sjølv om dei berre har dusinvis av kvantebitar på kort sikt.Quantinuum (selskapet danna av Honeywell og Cambridge Quantum) er ein annan tungvektar, men dei følgjer ein annan teknologisk veg: fanga ionar som kvantebitar. Quantinuum jagar ikkje tusenvis av fysiske kvantebitar med det same – deira nyaste ionefelle-system har om lag 50–100 kvantebitar med høg presisjon – men dei har demonstrert rekordhøg kvantevolum (eit mål på samla kapasitet) og til og med laga 12 “logiske” kvantebitar via feilretting i 2024 thequantuminsider.com. Quantinuum sitt veikart har som mål fullt feiltolerant kvantedatabehandling innan 2030, og selskapet legg vekt på å oppnå “tre 9-ar” i presisjon (99,9 % pålitelegheit) og gjennombrot innan logiske kvantebitar som milepålar thequantuminsider.com. Deira administrerande direktør, Rajeeb Hazra, meiner at kvalitet og framsteg innan feilretting vil opne eit “billionmarknad” for kvante, og hevdar at Quantinuum har “den mest truverdige veikarta i bransjen mot… feiltolerant kvantedatabehandling” thequantuminsider.com. Oppsummert er Quantinuum sitt fokus å perfeksjonere kvantebitane og feilrettinga, sjølv om det betyr færre kvantebitar no – i motsetnad til IBM si store satsing på å skalere opp og handtere støy gjennom avbøting.
Ein annan viktig konkurrent, IonQ, brukar òg fangst-ion-teknologi og legg likeins vekt på kvaliteten på qubitane. Leiinga i IonQ framhevar ofte “algoritmiske qubitar” – ein intern målemetode som tek omsyn til feilrate og samankopling – heller enn det reine talet på fysiske qubitar thequantuminsider.com. Vegkartet til IonQ har som mål å oppnå “brei kvantefordel innan 2025,” men gjennom jamn forbetring av ytinga til qubitane sine og bygging av modulære, rack-monterte ionefangstsystem, ikkje ved å nå eit spesifikt høgt qubittal thequantuminsider.com. Faktisk reknar IonQ med å trenge berre nokre dusin høgkvalitetsqubitar for å overgå mykje større, støyande kvantedatamaskiner på visse oppgåver. Tidlegare administrerande direktør Peter Chapman spådde at teknologien til IonQ “vil vere avgjerande for kommersiell kvantefordel,” og la spesielt vekt på algoritmiske qubitar framfor fysiske tal som nøkkelen til nyttige bruksområde thequantuminsider.com. Denne filosofien understrekar ein debatt i feltet: er kvantedatabehandling eit “talspel” (fleire qubitar raskare) eller eit “kvalitetsspel” (betre qubitar sjølv om det går saktare å skalere)? IBM satsar på tal (med blikk for kvalitet òg), medan IonQ står fast i kvalitet-først-leiren.
Så har vi Rigetti Computing, ein mindre aktør innan supraleiande qubitar. Vegkartet til Rigetti har møtt forseinkingar – dei hadde håpa å nå 1 000 qubitar gjennom multichip-modular innan 2024, men i praksis er systema deira framleis på titals qubitar. Frå midten av 2025 siktar Rigetti mot eit meir nøkternt 100+ qubit-system innan utgangen av 2025 thequantuminsider.com, med fokus på å forbetre fidelitet og to-qubit-portar undervegs. Selskapet har slite med å halde tritt med den raske skaleringa til IBM, noko som viser kor utfordrande det er for nykomarar å matche ressursane og ekspertisen til IBM på dette området. Likevel bidreg Rigetti og andre til innovasjon (til dømes var Rigetti tidleg ute med multichip-integrasjonsteknikkar), og dei peikar på at IBM sitt forsprang ikkje er uoverstigeleg dersom grunnleggjande gjennombrot (som betre qubit-design eller materialar) kjem.
Det er også verdt å nemne D-Wave Systems i denne samanhengen. D-Wave, eit kanadisk selskap, har kvante-annealing-maskiner (ein annan modell for kvanteberekning) med over 5 000 qubits i dag thequantuminsider.com. Men D-Wave sine qubits er designa for å løyse optimaliseringsproblem via annealing, ikkje for generelle kvantealgoritmar. Dei oppnår høge qubit-tal gjennom ein spesialisert arkitektur, men desse qubits kan ikkje køyre vilkårlege kvantekretsar slik som IBM eller Google sine einingar kan. D-Wave sin CEO, Alan Baratz, har påpeikt at teknologien deira allereie gir verdi i visse bruksområde (som å optimalisere detaljhandelsskjema eller telekommunikasjonsruting) thequantuminsider.com. Eksistensen av eit 5 000-qubit D-Wave-system er ei påminning om at ikkje alle qubits er like – D-Wave sine qubits er nyttige for spesifikke oppgåver, men ikkje direkte samanliknbare med qubits i portbaserte kvantedatamaskiner. IBM sitt mål om 4 000+ qubits viser til universelle, portbaserte qubits, noko som er mykje meir krevjande både i kompleksitet og kapasitet.Oppsummert skil IBM seg ut ved å aggressivt skalere superledande qubit-maskinvare og har som mål å integrere det med klassisk databehandling på kort tid. Google fokuserer på milepælar innan feilkorrigering, Quantinuum og IonQ fokuserer på qubit-kvalitet (med færre qubits på kort sikt), og selskap som Rigetti ligg bak med mindre einingar. Kvar tilnærming har sine fordelar. Om IBM lukkast, vil dei sette ein høg standard for qubit-tal og kanskje oppnå kvantefordel i nyttige oppgåver tidlegare. Men om qubits er for støyande, kan desse 4 000 qubits ikkje overgå ein konkurrent sine 100 utmerka qubits. Dei neste par åra blir eit fascinerande kappløp mellom ulike filosofiar innan kvanteberekning – og det er ikkje gitt at fleire qubits alltid vinn, med mindre det blir kombinert med kvalitet og smart programvare.
Kvifor 4 000 qubits? Potensielle bruksområde og utfordringar
Kva kan eigentleg ein 4 000-qubit kvantedatamaskin gjere, om den fungerer som tenkt? Til samanlikning har dagens kvantedatamaskiner (med titals eller låge hundretal qubits) enno ikkje klart å overgå klassiske datamaskiner på noko praktisk problem. IBM og andre trur at ved å presse seg inn i tusentalet qubits, vil vi kome inn i sonen der nyttig kvantefordel blir mogleg for visse typar problem tomorrowdesk.com. Her er nokre bruksområde og effektar eit 4 000-qubit-system kan opne for:
- Kjemi og materialvitskap: Kvantedatamaskiner er spesielt eigna til å simulere molekylære og atomære system. Sjølv dei største klassiske superdatamaskinene slit med å modellere åtferda til komplekse molekyl og kjemiske reaksjonar nøyaktig. IBM-forskarar peikar på at “få felt vil få verdi frå kvantedatabehandling like raskt som kjemi,” fordi kvantemaskiner naturleg kan handtere den kvantemekaniske naturen til kjemiske interaksjonar ibm.com. Eit system med 4 000 kubittar kan potensielt simulere mellomstore molekyl eller nye material med høg nøyaktigheit – noko som hjelper med legemiddelutvikling, utvikling av nye material (til batteri, kunstgjødsel, superleiarar, osb.), og forståing av komplekse kjemiske prosessar. Dette er problem der klassiske metodar møter veggen på grunn av eksponentiell kompleksitet. IBM ventar at kvantedatamaskiner innan 2025 vil byrje å utforske nyttige bruksområde innan naturvitskap som kjemi ibm.com.
- Optimalisering og finans: Mange problem i den verkelege verda – frå logistikk i forsyningskjeder til porteføljeoptimalisering – handlar om å finne den beste løysinga blant astronomisk mange moglegheiter. Kvantedatamaskiner, med algoritmar som QAOA eller kvanteannealing-teknikkar, tilbyr nye måtar å løyse visse optimaliseringsproblem på. Ei maskin med tusenvis av kubittar kan handtere større problem eller levere meir presise løysingar enn dagens einingar. IBMs administrerande direktør Arvind Krishna har antyda at kvantedatabehandling vil mogleggje nye algoritmar for optimalisering som verksemder kan dra nytte av, og potensielt bli ein viktig skilnadsskapar for bransjar som finans, energi og industri thequantuminsider.com. Eit 4 000-kubittarsystem kan til dømes ta for seg kompleks risikovurdering eller ruteoptimalisering som klassiske algoritmar ikkje klarer å løyse på rimeleg tid.
- Maskinlæring og KI: Det er aukande forsking på kvantemaskinlæring, der kvantedatamaskiner kan akselerere visse typar maskinlæringsoppgåver eller tilby nye modelleringsmoglegheiter. Med tusenvis av kubittar kan kvantedatamaskiner byrje å implementere kvantenevrale nettverksmodellar eller utføre raskare lineær algebra-rutinar som ligg til grunn for ML-algoritmar. IBM ser spesielt på maskinlæring som eit testområde for kvanteapplikasjonar – og ventar at innan 2025 vil kvantedatamaskiner bli brukte til å utforske maskinlæringsbruksområde saman med klassisk ML, og kanskje forbetre måten vi gjenkjenner mønster i data eller optimerer ML-modellar på ibm.com. Eit praktisk døme kan vere kvanteforbetra utval av eigenskapar eller klustring på komplekse datasett, som kan bli raskare med kvantealgoritmar.
- Vitskapleg forsking og «Grand Challenges»: Ut over målretta industriar vil ein kvantedatamaskin med 4 000 qubit vere eit stort framsteg for grunnforskinga. Han kan brukast til å simulere scenario innan høgenergifysikk, optimalisere design for kvantemateriale, eller til og med utforske spørsmål innan kryptografi og matematikk. IBM har nemnt naturvitskap breitt – til dømes kan problem innan fysikk eller biologi som i dag er uløyselege, kanskje kunne løysast med ein hybrid kvantetilnærming ibm.com. Tenk på å designe katalysatorar for karbonfangst, eller analysere kvantesystem innan kjernefysikk – dette er ekstremt komplekse utrekningar der ein kvantedatamaskin kan gi nye innsikter. Forskarar hos IBM har peika på bruk innan kjemi, optimalisering og maskinlæring som tidlege mål for kvantefordel ibm.com.
Det er det glitrande løftet – men kva med utfordringane? Ein kvantedatamaskin med 4 000 qubit vil møte store hinder:
- Støy og feilrate: Dagens qubit er feilutsette; dei dekoherer (mister kvantetilstanden) innan mikrosekund, og operasjonar («gates») mellom qubit er ikkje perfekte. Med berre 50–100 qubit kan kvantealgoritmar berre køyre ei svært kort rekkje operasjonar før feila tek overhand. Har du tusenvis av qubit, blir utfordringa med støy mangedobla. Faktisk kan det å kople saman tre brikker (slik IBM planlegg) føre til endå meir feil på grunn av litt seinare, lågare kvalitet på operasjonar mellom brikkene ibm.com. IBM erkjenner dette og utviklar programvara til System Two for å vere «medviten» om arkitekturen – til dømes ved å planleggje kritiske operasjonar på same brikke og handtere dei seinare operasjonane mellom brikkene nøye ibm.com. Utan feilkorrigering (som ikkje vil vere fullt på plass innan 2025), vil IBM stole på feildemping: smarte triks for å redusere effekten av feil. Dette inkluderer teknikkar som probabilistisk feilkansellering, der du med vilje introduserer ekstra støy for å lære om støyen og deretter etterbehandlar resultata klassisk for å kansellere ut feila spectrum.ieee.org. Desse metodane er reknekrevjande og ikkje perfekte, men forsking frå IBM tyder på at nokre kan skalere opp til einingar av denne storleiken spectrum.ieee.org. Likevel er handtering av støy det sentrale problemet – det er grunnen til at kvantedatamaskinar enno ikkje har løyst reelle problem, og ein maskin med 4 000 qubit vil berre lukkast om IBM klarer å halde feila nok i sjakk til å gjennomføre djupe utrekningar.
- Feilkorrigering & logiske qubitar: Den langsiktige løysinga på støy er kvantefeilkorrigering (QEC), som vil gruppere mange fysiske qubitar til éin logisk qubit som kan overleve feil. IBMs 4 000-qubit-system vil truleg framleis operere i “NISQ”-regimet (Noisy Intermediate-Scale Quantum), som betyr at det enno ikkje er snakk om storskala feilkorrigering – det vil rett og slett ikkje vere nok qubitar til å feilkorrigere alle 4 000 fullt ut. (Til samanlikning kan det å gjere om sjølv nokre tusen fysiske qubitar til eit fåtal logiske qubitar bruke opp heile maskina.) Likevel legg IBM grunnlaget for feilkorrigering. Selskapet har aktivt forska på nye QEC-kodar (til dømes ein kvante-LDPC-kode som er meir qubit-effektiv enn tradisjonelle overflatekodar) og raske feildekodarar thequantuminsider.com. Faktisk har IBM nyleg utvida veikartet sitt til 2033, der dei eksplisitt prioriterer forbetring av portkvalitet og utvikling av feilkorrigerte moduler etter 2025 newsroom.ibm.com. Superdatamaskina med 4 000 qubitar kan sjåast som ei bru: ho er meint å vere stor nok til å gjere noko nyttig med feilmitigering, samstundes som IBM lærer korleis dei kan implementere delvis feilkorrigering i stor skala. IBM har til og med annonsert ein plan for ein prototype av ein feil-tolerant kvantedatamaskin innan 2029 hpcwire.com, noko som tyder på at feilkorrigering står høgt på agendaen deira når 4 000-qubit-målet er nådd. Likevel vil det å oppnå fullt feilkorrigerte (logiske) qubitar krevje mange gonger fleire qubitar eller mykje betre qubit-kvalitet – truleg ei kombinasjon av begge delar.
- Programvare og utviklarverktøy: Sjølv om du har ein kvantemaskin med 4 000 qubitar, treng du programvare som kan bruke han effektivt. Kvantealgoritmar må tilpassast denne komplekse maskinvara med fleire brikker. IBM adresserer dette med verktøy som Qiskit Runtime og Quantum Serverless-arkitektur. Desse lar brukaren dele eit problem opp i mindre kvantekretsar, køyre dei parallelt på ulike kvantebrikker, og sy saman resultata med klassisk prosessering ibm.com. Til dømes er “circuit knitting” ein slik teknikk IBM trekkjer fram – å dele opp ein stor krets i delar som passar på mindre prosessorar, og så kombinere resultata klassisk ibm.com. Innan 2025 planlegg IBM å ha funksjonar som dynamiske kretsar (der måleresultat kan påverke framtidige operasjonar i sanntid) og innebygd feilundertrykking på skyplattformen deira ibm.com. Utfordringa blir å gjere alt dette utviklarvenleg. IBM vil at kvantedatabehandling skal vere tilgjengeleg slik at dataanalytikarar og fagekspertar (ikkje berre kvante-PhD-arar) kan nytte desse 4 000 qubitane ibm.com. Å oppnå ei god abstraksjon – der ein brukar for eksempel kan kalle ein høgnivåfunksjon for å simulere eit molekyl, og systemet finn ut korleis det skal bruke 4 000 qubitar til det – blir avgjerande for praktisk nytte. IBMs tilnærming her er konseptet kvantemellomvare og ein “app-butikk” for kvanteprimitiv: ferdigbygde funksjonar for vanlege oppgåver som å sample sannsynsfordelingar eller estimere eigenskapar til system ibm.com. Om dei lukkast, treng kanskje ikkje ein kjemikar i 2025 å kjenne til detaljane i maskinvara; dei kan berre bruke IBMs programvare for å nytte krafta til 4 000 qubitar i simuleringa si.
- Fysisk infrastruktur: Å skalere til tusenvis av qubitar er ikkje berre ei datateknisk utfordring, men eit ingeniørmaraton. Kvanteprosessorar må kjølast ned til millikelvin-temperaturar – kaldare enn verdsrommet. IBM måtte designe eit nytt fortynningskjøleskap (IBM Quantum System Two) som er større og meir modulært enn dei tidlegare for å få plass til fleire brikker og all styringskablinga techmonitor.ai. Kjøleskapet, elektronikken og kablinga blir stadig meir kompleks jo fleire qubitar du legg til. Tusenvis av qubitar betyr tusenvis av mikrobølgestyreliner, avansert filtrering for å hindre varme og støy frå å lekke til qubitane, og enorme datamengder frå qubit-avlesingar. Ingeniørane til IBM har samanlikna kompleksiteten i å skalere kvantesystem med dei tidlege superdatamaskinane eller romferder. Innan 2025 ventar IBM å ha “fjerna dei viktigaste hindringane for skalering” gjennom modulær maskinvare og tilhøyrande styreelektronikk ibm.com – men det er verdt å merke seg at IBM først no møter desse hindringane. System Two i New York er i praksis ein prototype for å handtere slik kompleksitet newsroom.ibm.com. IBM installerer òg eit System Two i Europa (i samarbeid med den baskiske regjeringa i Spania) innan 2025 tomorrowdesk.com, som vil teste korleis denne banebrytande infrastrukturen kan kopierast utanfor IBMs eige laboratorium. Suksessen til desse installasjonane vil vere eit viktig prov på at røyr og kabling i ein kvantesuperdatamaskin kan gjerast påliteleg og vedlikehaldsvenleg.
I lys av desse utfordringane tonar ekspertar ned hypen ved å påpeike at ein 4 000-qubit IBM-maskin truleg vil vere eit svært spesialisert verktøy. Han kan overgå klassiske superdatamaskinar på spesifikke problem (kvantekjemiske simuleringar, visse optimaliseringar eller maskinlæringsoppgåver som nemnt), og oppnå kvantefordel eller til og med glimt av kvantesuverenitet i nyttige samanhengar. Likevel vil han ikkje gjere klassiske datamaskinar utdaterte over natta. For mange oppgåver vil faktisk klassiske superdatamaskinar og GPU-ar framleis vere raskare eller meir praktiske. IBMs eigen veikart anerkjenner dette samspillet: kvantesuperdatamaskinen er meint å arbeide med klassisk HPC, der kvar gjer det den er best på tomorrowdesk.com. Vi bør difor sjå 4 000-qubit-systemet som ein av dei første verkelege “kvanteakseleratorane” – noko du brukar saman med klassisk databehandling for å løyse dei verkeleg vanskelege problema som klassiske maskiner åleine ikkje klarer. Det er eit viktig steg mot den endelege draumen om feilrobust kvanteberekning, men det er ikkje endestasjonen.
Vegen vidare: IBMs kvanteveikart etter 2025
IBMs superdatamaskin med over 4 000 qubitar er eit stort steg, men det er del av ein lengre veikart som strekkjer seg inn i 2030-åra. IBM har offentleg sagt at innan 2025, med denne kvante-sentriske superdatamaskina på plass, vil dei ha “fjerna nokre av dei største hindringane for å skalere kvantehardware” ibm.com. Men utviklinga stoppar ikkje der. I 2025 og vidare vil IBM i aukande grad fokusere på skalering med kvalitet – å forbetre qubit-fidelitet, feilkorrigering og kompleksiteten på kretsar som kan køyrast.
Faktisk oppdaterte IBM på slutten av 2023 sitt Quantum Development Roadmap heilt fram til 2033. Eit viktig mål: rundt 2026–2027, innføre feilkorrigerte kvanteoperasjonar på systema sine, og bevege seg mot “avanserte feilkorrigerte system” seinare i tiåret newsroom.ibm.com. IBM prioriterer forbetringar i port-fidelitet (redusere feilratar) slik at større kvantekretsar (med tusenvis av operasjonar) blir mogleg newsroom.ibm.com. Dette tyder på at etter å ha nådd målet for talet på qubitar, vil IBM satse endå meir på å gjere kvar qubit betre og gradvis integrere feilkorrigering. Eit konkret døme er IBMs arbeid med nye feilkorrigerande kodar som Quantum LDPC-kodar og raskare dekodingsalgoritmar, som har som mål å handtere feil meir effektivt enn dagens surface-kodar thequantuminsider.com. Det er òg snakk om ein IBM-prosessor med kodenamn “Loon” rundt 2025, som er meint å teste komponentar av ein feilkorrigert arkitektur (som modular for å kople qubitar for ein spesifikk QEC-kode) hpcwire.com. Innan 2029 har IBM som mål å bygge ein demonstrerbar feiltolerant kvanteprototyp, i tråd med konkurrentar som Google om det endelege målethpcwire.com.
På maskinvarefronten vil IBM truleg halde fram med sin fugleinspirerte prosessorserie også etter Kookaburra. Vegkartet etter 2025 er ikkje heilt offentleg, men IBM har antyda at dei vil utforske enno større multibrikkesystem og kanskje hybride teknologiar. Til dømes inneber IBMs visjon om ein kvante-sentrisk superdatamaskin til slutt kvantekommunikasjonslenker som kan kople saman brikkeklynger over avstand, ikkje berre i same kjøleskap newsroom.ibm.com. Vi kan få sjå at IBM tek i bruk optiske fiberforbindelsar eller andre metodar for å kople kvanteprosessorar i ulike kryostatar – liknande eit kvantelokalt nettverk. Dette vil drive utviklinga mot titusenvis eller til og med millionar av kubittar på sikt, noko IBM erkjenner vil vere naudsynt for å løyse dei vanskelegaste problema (og for å få til full feilretting) newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Med IBMs eigne ord bør deira modulære og nettverksbaserte tilnærming gjere det mogleg å skalere til “hundretusenvis av kubittar” over tid newsroom.ibm.com. Systemet med 4 000 kubittar er i praksis den første realiseringa av ein kvantesuperdatamaskin-arkitektur som kan vekse ved å kople til fleire moduler.IBMs breiare vegkart handlar òg om å vekse kvanteøkosystemet. Selskapet investerer i utdanning, partnarskap og skytjenester slik at når maskinvara er klar, finst det eit miljø som er klart til å ta det i bruk. Til dømes har IBM samarbeidd med nasjonale laboratorium, universitet og til og med regionale styresmakter (som i Japan, Korea, Tyskland og Spania) for å huse kvantesystem og stimulere lokal utvikling. Planen om å ta i bruk Europas første IBM Quantum System Two i Spania innan 2025 tomorrowdesk.com er ein del av denne strategien – å få fleire til å bruke avansert kvantemaskinvare i praksis. IBMs leiing spår at kvantedatabehandling vil bli ein viktig konkurransefaktor for næringslivet i åra som kjem thequantuminsider.com, og dei ønskjer å vere i sentrum av den framveksande kvanteøkonomien.
Til slutt representerer IBMs kvante-superdatamaskinprosjekt med over 4 000 qubitar eit historisk sprang i skala for kvanteberekning. Om dei lukkast, vil det markere overgangen frå isolerte, eksperimentelle kvanteprosessorar til nettverksbaserte kvantesystem som nærmar seg terskelen for praktisk nytte. Dette prosjektet ligg i skjæringspunktet mellom banebrytande fysikk, ingeniørkunst og informatikk. Det er like mykje ein programvarebragd som ein maskinvarebragd, og krev nye måtar å handtere og programmere ein heilt ny type superdatamaskin på. Verda følgjer nøye med – ikkje berre for den rekordstore mengda qubitar, men for om IBM kan vise nyttige resultat med denne maskina som overgår det klassiske datamaskiner kan gjere.
Midten av 2025 finn IBM på randa av denne prestasjonen: maskinvaredesignet er stort sett klart, dei første prototypane køyrer, og selskapet kappløper for å integrere alt i ein fungerande superdatamaskin. Suksess er ikkje garantert, men framdrifta og utviklinga så langt er udiskutabel. Sjølv konkurrentar og skeptikarar vil vere einige i at IBM har pressa feltet dramatisk framover. Mens vi ventar på den fulle debuten til IBMs kvante-superdatamaskin, er éin ting klart – vi går inn i eit nytt kapittel i datamaskinsoga. Som IBM sjølv proklamerte, er den komande kvantesentrerte superdatamaskina i ferd med å bli “ein essensiell teknologi for dei som løyser dei tøffaste problema, dei som gjer det mest banebrytande forskingsarbeidet, og dei som utviklar den mest nyskapande teknologien” insidehpc.com.
Dei neste åra vil vise om det løftet blir innfridd, men om IBMs satsing lukkast, kan 4 000 qubitar verkeleg endre datateknologien for alltid – og opne døra for løysingar på problem vi ein gong trudde var umoglege, og varsle starten på kvantealderen.
Kjelder:
- IBM Newsroom: IBM Quantum roadmap and 4,000+ qubit system plans newsroom.ibm.com
- IBM Research Blog: Quantum roadmap update for quantum-centric supercomputing (2024) ibm.com
- IBM Quantum Summit 2023 Press Release newsroom.ibm.com
- TechMonitor: IBM avdukar kvante-superdatamaskin som kan nå 4 000 qubitar innan 2025 techmonitor.ai
- IEEE Spectrum: IBMs mål: ein 4 000-qubit prosessor innan 2025 (analyse av veikart og utfordringar) spectrum.ieee.org
- InsideHPC: IBM på Think 2022 – kvante-sentrisk superdatamaskin-visjon insidehpc.com
- The Quantum Insider: Kvantedataveikart for dei største aktørane (IBM, Google, IonQ, osv.) thequantuminsider.com
- TomorrowDesk: Oversikt over IBMs mål om kvantesuperdatamaskin i 2025 og modulær design tomorrowdesk.com
- Post-Quantum (bransjeblogg): Om talet på qubits som trengst for å knekke RSA-2048-kryptering postquantum.com
- TechMonitor: Sitat frå IBMs Dr. Darío Gil og IBM Quantum Network-statistikk techmonitor.ai
