IBM:n 4 000 kubitin kvanttitietokone voi muuttaa tietojenkäsittelyn pysyvästi

• IBM suunnittelee yli 4 000 kubitin kvanttisupertietokonetta vuodelle 2025, saavuttaen tämän yhdistämällä kolme 1 386-kubitin Kookaburra-sirua muodostaen 4 158-kubitin järjestelmän.
• Vuonna 2023 esitelty Quantum System Two -moduulialusta on suunniteltu isännöimään useita siruja ja sisältää kryogeenisen jääkaapin sekä kehittyneet ohjauselektroniikat.
• Vuoden 2023 lopulla IBM käynnisti ensimmäisen Quantum System Two:n, jossa ajettiin kolmea 133-kubitin Heron-prosessoria rinnakkain.
• Vuoden 2025 loppuun mennessä IBM aikoo isännöidä kolmea Kookaburra-sirua System Two:ssa, luoden yhden koneen, jossa on 4 158 kubittia.
• IBM käyttää lyhyen kantaman sirujen välisiä kytkimiä ja kryogeenisiä yhteyksiä yhdistääkseen sirut yhdeksi laskentakankaaksi.
• Yritys kutsuu lähestymistapaansa kvanttikeskeiseksi supertietokoneeksi, jossa QPU:t, CPU:t ja GPU:t yhdistetään yhtenäiseksi laskentakankaaksi.
• Qiskit Runtime ja circuit knitting mahdollistavat kehittäjille suurten kvanttilaskentatehtävien ajamisen useilla siruilla sisäänrakennetulla virheiden lievityksellä.
• Yli 4 000 kubitin järjestelmä toimii NISQ-tilassa vuonna 2025, luottaen virheiden lievitykseen täyden kvanttivirheenkorjauksen sijaan.
• Asiantuntijat arvioivat, että RSA-2048:n murtaminen vaatisi noin 4 000 virheenkorjattua loogista kubittia, mikä tarkoittaisi todennäköisesti miljoonia fyysisiä kubitteja.
• Kilpailijoihin kuuluvat Google, joka tähtää virheensietävään kvanttilaskentaan vuoteen 2029 mennessä, IonQ, joka kehittää algoritmisia kubitteja, Quantinuum, joka keskittyy korkeaan fideliteettiin ja virheensietoon, sekä D-Wave, joka tarjoaa yli 5 000 kubitin annealing-järjestelmän.

IBM on kvanttilaskennan läpimurron kynnyksellä: “kvanttisuperkone” yli 4 000 kubitilla vuoteen 2025 mennessä. Teknologiajätin kunnianhimoinen suunnitelma – osa laajempaa kvanttistrategiaa – lupaa mullistaa laskennan ratkaisemalla ongelmia, joihin tämän päivän nopeimmat supertietokoneet eivät kykene. Tässä raportissa käymme läpi IBM:n kvanttimatkan, sen yli 4 000 kubitin järjestelmän suunnittelun, asiantuntijoiden näkemykset (ja hypen), vertailun kilpailijoihin kuten Googleen ja IonQ:hon sekä mitä 4 000-kubittinen kone voisi merkitä maailmalle.

Taustaa: IBM:n kvanttilaskennan tavoite

IBM on ollut kvanttilaskennan edelläkävijä, johtanut kehitystä sekä laitteistossa että ohjelmistossa. Jo vuonna 2020 IBM esitteli kvanttitiekkarttansa ja on saavuttanut jokaisen virstanpylvään siitä lähtien. Vuonna 2021 he esittelivät 127-kubitin Eagle-prosessorin – sirun, jonka piirejä “ei voida luotettavasti simuloida tarkasti klassisella tietokoneella” insidehpc.com. Vuoteen 2022 mennessä IBM toi markkinoille 433-kubitin Osprey-sirun, joka oli suuri harppaus Eagleen verrattuna kubittimäärässä techmonitor.ai. Viimeisimpänä, vuoden 2023 lopulla, IBM saavutti 1 121-kubitin rajan Condor-prosessorillaan – ensimmäinen kvanttiprosessori, joka ylitti tuhannen kubitin rajantomorrowdesk.com. Jokainen näistä edistysaskeleista loi ratkaisevan pohjan tuhansien kubittien skaalaamiselle.

Mutta IBM:n strategia ei ole pelkästään kvittien määrän kasvattamista. Yritys korostaa täyden pinon lähestymistapaa: vankkaa kvanttilaitteistoa, älykästä kvanttiohjelmistoa ja laajaa käyttäjien ja kumppaneiden ekosysteemiä newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Vuonna 2016 IBM toi ensimmäisen kvanttitietokoneen pilveen julkiseen käyttöön, ja nykyään yli 200 organisaatiota ja 450 000 käyttäjää on yhteydessä IBM:n kvanttipalveluihin pilven kautta techmonitor.ai. IBM:n ohjelmistokehys (Qiskit) ja Qiskit Runtime -ympäristö mahdollistavat kehittäjille kvanttiohjelmien tehokkaan ajamisen, sisäänrakennetuilla työkaluilla virheiden vähentämiseen ja hybridien kvantti-klassisten työkuormien orkestrointiin newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Tämä tiivis laitteiston ja ohjelmiston integraatio – yhdessä akateemisten ja teollisten yhteistyökumppaneiden verkoston kanssa – on keskeinen osa IBM:n laajempaa tavoitetta: tuoda hyödyllinen kvanttilaskenta maailmaan, ei vain laboratoriotason demoja.

IBM kutsuu tätä visiota nimellä “kvanttikeskeinen supertietokone”. Ajatuksena on lopulta punoa kvanttiprosessorit (QPU:t) yhteen klassisten CPU:iden ja GPU:iden kanssa saumattomaksi laskentakankaaksi insidehpc.com. Aivan kuten viimeaikaiset supertietokoneet yhdistävät CPU:t ja tekoälykiihdyttimet AI-tehtäviin, IBM näkee tulevaisuuden supertietokoneet yhdistämässä kvantti- ja klassisia moottoreita ratkaisemaan ongelmia, joihin kumpikaan ei yksin pystyisi insidehpc.com. IBM:n kvanttijohtajan, tohtori Jay Gambettan sanoin, “Nyt IBM on tuomassa kvanttikeskeisen supertietokoneen aikakauden, jossa kvanttiresurssit – QPU:t – punotaan yhteen CPU:iden ja GPU:iden kanssa laskentakankaaksi”, tavoitteena ratkaista “vaikeimmat ongelmat” tieteessä ja teollisuudessa insidehpc.com. Se on rohkea visio, joka ei pyri vain nopeampaan tietokoneeseen; kyse on koko laskennan muodon muuttamisesta.

Suunnitteilla yli 4 000 kubitin kvanttitietokone

Miten rakennetaan kvanttitietokone, jossa on yli 4 000 kubittia? IBM:n vastaus: modulaarisuus. Yhden jättimäisen sirun sijaan IBM yhdistää useita pienempiä kvanttisiruja yhdeksi järjestelmäksi – vähän kuin yhdistäisi solmuja supertietokoneessa. Yrityksen seuraavan sukupolven alusta, nimeltään IBM Quantum System Two, on suunniteltu erityisesti tätä varten. Vuonna 2023 esitelty System Two on IBM:n ensimmäinen modulaarinen kvanttilaskentajärjestelmä, jossa on huippuluokan kryogeeninen jäähdytin ja ohjauselektroniikkaa, jotka voivat tukea useita kvanttiprosessoreita samanaikaisesti techmonitor.ai, newsroom.ibm.com. Se on fyysinen “talo”, joka isännöi IBM:n tulevaa yhdistettyjen sirujen laivastoa, kaikki jäähdytettynä lähes absoluuttiseen nollapisteeseen. Yhdistämällä siruja IBM voi skaalata kubittien määrää nopeasti ilman, että tarvitsee valmistaa mahdottoman suuria yksittäisiä siruja – lähestymistapa, joka on ratkaisevan tärkeä siirryttäessä sadoista tuhansiin kubitteihin.

Kuvio: IBM:n visio kvanttisuperkoneesta on yhdistää useita kvanttisiruja yhdeksi järjestelmäksi. Vuonna 2025 IBM aikoo esitellä “Kookaburran”, 1 386 kubitin prosessorin, jossa on kvanttikommunikaatiolinkit; kolme Kookaburra-sirua voidaan yhdistää yhdeksi 4 158 kubitin järjestelmäksi ibm.com. Tämä modulaarinen arkkitehtuuri mahdollistaa IBM:lle skaalaamisen tuhansiin kubitteihin verkottamalla pienempiä prosessoreita sen sijaan, että luotettaisiin yhteen massiiviseen siruun.

IBM:n 4 000 kubitin suunnitelman ytimessä on sen tuleva prosessoriperhe, jolla on lintuihin viittaavat koodinimet. Vuonna 2024 IBM:n odotetaan julkaisevan ”Flamingo”-nimisen, 462 kubitin sirun, joka on suunniteltu testaamaan kvanttikommunikaatiota sirujen välillä ibm.com. IBM aikoo demonstroida Flamingon suunnittelua yhdistämällä kolme Flamingo-prosessoria yhdeksi 1 386 kubitin järjestelmäksi – käytännössä osoittaen, että useat sirut voivat toimia yhdessä kuin yhtenä kokonaisuutena ibm.com. Sitten tulee se suuri: vuonna 2025 IBM esittelee ”Kookaburra”-prosessorin, 1 386 kubitin prosessorin, joka on rakennettu modulaarista skaalausta varten ibm.com. Sisäänrakennettujen viestintäyhteyksien ansiosta kolme Kookaburra-sirua voidaan yhdistää muodostamaan yksi kone, jossa on 4 158 kubittia ibm.com. IBM:n sanoin tämä tulee olemaan ensimmäinen kvanttikeskeinen supertietokone, joka ylittää 4 000 kubitin rajan.

Miltä tämä arkkitehtuuri siis näyttää? Käytännössä IBM käyttää lyhyen kantaman sirujen välisiä kytkimiä ja kryogeenisiä yhteyksiä yhdistääkseen kubitteja eri sirujen välillä spectrum.ieee.org. Voit ajatella jokaista sirua ”kubittilaataksi”; kytkimet mahdollistavat vierekkäisten laattojen jakavan kvanttitietoa, ja erityiset mikroaaltokaapelit voivat yhdistää hieman kauempana olevia siruja spectrum.ieee.org. Haasteena on saada eri siruilla olevat kubitit käyttäytymään lähes kuin ne olisivat samalla sirulla – mikä ei ole helppoa, sillä kvanttitilat ovat hauraita. IBM on kehittänyt uutta kytkinteknologiaa pitääkseen lomittuneet kubitit koherentteina sirujen välillä tomorrowdesk.com. System Two tarjoaa erittäin kylmän, tärinättömän ympäristön ja joustavan johdotusratkaisun näiden monisirujärjestelmien tarpeisiin techmonitor.ai. Kaiken tämän orkestroi ”älykäs” ohjauskerros (ohjelmisto ja klassinen laskenta), joka ohjaa kvanttioperaatioita eri sirujen välillä ja saa ne toimimaan yhdessä insidehpc.com.

IBM:n aikataulun mukaan yli 4 000 kubitin järjestelmän odotetaan olevan toiminnassa joskus vuonna 2025 techmonitor.ai. Itse asiassa ensimmäiset osat ovat jo paikoillaan. Loppuvuodesta 2023 IBM Quantum Summitissa IBM käynnisti ensimmäisen Quantum System Two -järjestelmän, jossa ajettiin kolmea pienempää 133-kubitin ”Heron”-prosessoria rinnakkain newsroom.ibm.com. Tämä toimi prototyyppinä: Heron on suhteellisen vähäkubittinen siru, mutta siinä on merkittävästi parantuneet virhetasot, ja IBM käytti System Two:ta osoittaakseen, että se voi käyttää useita prosessoreita yhdessä yhtenä järjestelmänä newsroom.ibm.com. Seuraavan vuoden tai kahden aikana IBM aikoo laajentaa tätä – vaihtamalla suurempiin siruihin (kuten Flamingo ja sitten Kookaburra) ja yhdistämällä niitä useampia. Tavoitteena on, että vuoden 2025 loppuun mennessä IBM Quantum System Two:ssa on kolme Kookaburra-sirua ja siten >4 000 yhdistettyä kubittia yhdessä koneessa techmonitor.ai. Pidemmällä aikavälillä IBM jopa visioi yhdistävänsä useita System Two -järjestelmiä: esimerkiksi kolmen tällaisen järjestelmän yhdistäminen voisi tulevaisuudessa tuottaa yli 16 000 kubitin klusterin techmonitor.ai. Toisin sanoen 4 000 kubittia ei ole päätepiste – se on välivaihe kohti vielä suurempia kvanttikoneita, jotka rakennetaan yhdistämällä moduuleja verkoksi, aivan kuten perinteiset supertietokoneet laajenevat useilla solmuilla.

IBM:n visio: Näkemyksiä kvanttijohtajilta

IBM:n kvanttitiimi on ymmärrettävästi innoissaan – ja optimistinen – siitä, mitä tämä 4 000 kubitin harppaus merkitsee. IBM:n tutkimusjohtaja, tohtori Darío Gil, on usein puhunut uuden käytännön kvanttilaskennan aikakauden saavuttamisesta. ”Visiomme toteuttaminen on antanut meille selkeän näkymän kvanttiteknologian tulevaisuuteen ja siihen, mitä tarvitaan käytännön kvanttilaskennan aikakauteen pääsemiseksi”, Gil sanoi, kun IBM laajensi tiekarttaansa newsroom.ibm.com. Kun 4 000+ kubitin tavoite on näkyvissä, hän kuvaili sitä ”kvanttikeskeisten supertietokoneiden aikakauden alkuna, joka avaa suuria ja tehokkaita laskennallisia mahdollisuuksia” kehittäjille, kumppaneille ja asiakkaille newsroom.ibm.com. Toisin sanoen, IBM näkee tämän kvanttitietokoneiden aamunkoittona, jolloin ne eivät ole enää vain laboratoriokokeita, vaan tehokkaita työkaluja todelliseen käyttöön.

Jay Gambetta, IBM Fellow ja kvanttialan varatoimitusjohtaja, on kutsunut vuotta 2023 merkittäväksi taitepisteeksi – hetkeksi, jolloin kvanttikeskeisen supertietokoneen konsepti muuttui prototyyppimuodossa todellisuudeksi techmonitor.ai. Gambettan mukaan pelkkä suurempi määrä kubitteja ei riitä; ”kvanttikeskeinen superlaskenta vaatii muutakin kuin vain paljon kubitteja”, hän selitti – tarvitaan myös suurempaa piirisyvyyttä ja tiivistä integraatiota klassisten järjestelmien kanssa techmonitor.ai. Tämä heijastaa IBM:n painotusta kubittien laatuun ja kvantti- sekä klassisen laskennan saumatonta yhdistämistä. ”Missiomme on tuoda hyödyllinen kvanttilaskenta maailmaan,” Gambetta sanoi. ”Aiomme jatkaa alan parhaan täyden kvanttipinon tarjoamista – ja on alan tehtävä ottaa nämä järjestelmät käyttöön” techmonitor.ai. Viesti: IBM toimittaa laitteiston ja ohjelmiston, ja he odottavat yritysten ja tutkijoiden alkavan tehdä niillä vaikuttavia asioita.

Vuoden 2023 Quantum Summitissa IBM:n tiimi oli optimistinen teknologian kypsyydestä. ”Olemme nyt selvästi aikakaudella, jolloin kvanttitietokoneita käytetään työkaluna uusien tieteellisten rajojen tutkimiseen,” totesi tohtori Darío Gil ja huomautti, että kvanttikoneet eivät ole enää pelkkiä kuriositeetteja newsroom.ibm.com. Hän korosti IBM:n edistystä näiden järjestelmien skaalaamisessa modulaarisen suunnittelun avulla ja lupasi ”parantaa edelleen hyötymittakaavan kvanttiteknologiapinon laatua – ja antaa sen käyttäjiemme ja kumppaneidemme käsiin, jotka tulevat haastamaan yhä monimutkaisempia ongelmia” newsroom.ibm.com. Käytännössä, kun IBM kasvattaa kubittien määrää, he työskentelevät myös parantaakseen kubittien luotettavuutta ja ohjelmistojen ”älykkyyttä”, jotta tuhannet kubitit voisivat todella tehdä hyödyllistä työtä monimutkaisten ongelmien parissa.

IBM käyttää jopa elävää metaforaa tulevasta muutoksesta. Yritys vertaa siirtymistä nykyisistä alkuvaiheen kvanttitietokoneista vuoden 2025 kvanttisuperkoneeseen ”paperikarttojen korvaamiseen GPS-satelliiteilla” navigoinnissa ibm.com. Se on havainnollistava kuva: kvanttisuperkoneet voisivat ohjata meitä laskennallisten ongelmien läpi täysin uudella tavalla, aivan kuten GPS mullisti suunnistuksen. On vielä nähtävissä, vastaako todellisuus IBM:n optimismia, mutta on selvää, että IBM:n huippuosaajat uskovat olevansa jonkin suuren äärellä.

Mitä asiantuntijat sanovat: Hypeä ja realismia

IBM:n 4 000 kubitin ilmoitus on herättänyt paljon huomiota, mutta ulkopuoliset asiantuntijat muistuttavat usein pitämään odotukset realistisina. Yksi heidän keskeisistä huomioistaan: pelkkä kubittien määrän lisääminen ei takaa hyödyllisiä tuloksia. Nykyiset kvanttikubitit ovat ”meluisia” – ne ovat alttiita virheille – joten tuhansien epätäydellisten kubittien yhdistäminen ei maagisesti ratkaise ongelmia, jos ne eivät pysty säilyttämään koherenssia. IEEE Spectrum totesi, että IBM:n suunnitelman rinnalle tarvitaan ”älykäs ohjelmistokerros” hallitsemaan virheitä ja orkestroimaan hybridin kvantti-klassisen työnjaon spectrum.ieee.org. Itse asiassa tehokas uusi ohjelmistopino saattaa olla ”avain kaikkeen hyödylliseen” 4 000 kubitin prosessorilla, koska se hoitaa virheiden lieventämisen ja jakaa tehtävät kvanttilaitteiston ja klassisten rinnakkaisprosessoreiden välillä spectrum.ieee.org. Lyhyesti sanottuna, pelkkä kubittien määrä ei ratkaise kaikkea – se, miten kubitteja käytetään ja hallitaan, on aivan yhtä tärkeää.

Jotkut alan tarkkailijat korostavat myös fyysisten kubittien ja loogisten kubittien välistä kuilua. Looginen kubitti on virheenkorjattu kubitti, käytännössä monien fyysisten kubittien muodostama ryhmä, joka toimii yhdessä yhtenä erittäin luotettavana kubittina. Asiantuntijat arvioivat, että modernin salauksen murtaminen (kuten verkon turvallisuutta suojaavat 2048-bittiset RSA-avaimet) vaatisi noin 4 000 virheenkorjattua loogista kubittia – mikä käytännössä saattaa tarkoittaa miljoonia fyysisiä kubitteja nykyisten virheenkorjausvaatimusten vuoksi postquantum.com. Erään tietoturva-analyytikon sanoin, “4 000 loogista kubittia ei ole sama asia kuin 4 000 todellista kubittia” – täysin virheenkorjattu kvanttitietokone, jossa on tuhansia loogisia kubitteja, on yhä kaukainen haave postquantum.com. IBM:n yli 4 000 kubitin kone on kaukana tuosta virheensietoisesta ihanteesta; se koostuu fyysisistä kubiteista, jotka vaativat kekseliäitä virheiden lievennystekniikoita ollakseen hyödyllisiä. Tutkijat varoittavat nopeasti, ettei tältä koneelta kannata odottaa esimerkiksi internetin salauksen murtamista tai kaikkien ratkaisemattomien ongelmien ratkaisua yhdessä yössä.

Tästä huolimatta IBM:n kunnianhimoinen tiekartta asettaa sen monien kilpailijoiden edelle pelkässä kubittimäärässä, ja jotkut asiantuntijat kiittävät modulaarista lähestymistapaa käytännöllisenä tapana laajentaa järjestelmiä. “Uskomme, että klassiset resurssit voivat todella tehostaa kvanttikyvykkyyksiä ja saada kvanttiresurssista kaiken irti,” totesi Blake Johnson, IBM:n Quantum Platformin johtaja, korostaen kvantti- ja klassisen laskennan yhteispelin tarvetta näiden suurten järjestelmien hyödyntämiseksi spectrum.ieee.org. Tätä näkemystä jaetaan laajasti: tulevaisuus on “kvantti-plus-klassinen” yhteistyössä.

Kilpailevat visiot: IBM vs. Google, IonQ ja muut

IBM ei ole yksin kvanttikilvassa, mutta sen strategia eroaa muista suurista toimijoista. Google esimerkiksi on keskittynyt vähemmän lyhyen aikavälin kubittimääriin ja enemmän täysin virheenkorjatun kvanttitietokoneen saavuttamiseen. Googlen tiekartan tavoitteena on toteuttaa hyödyllinen, virheenkorjattu kvanttikone vuoteen 2029 mennessä, ja yhtiö on johdonmukaisesti keskittynyt loogisten kubittien ja virheiden vähentämisen osoittamiseen sen sijaan, että yrittäisi rikkoa kubittimääräennätyksiä thequantuminsider.com. (Googlen nykyisissä laitteissa, kuten 72-kubitin Bristlecone tai uudemmissa 53-kubitin Sycamore-versioissa, on huomattavasti vähemmän kubitteja kuin IBM:llä, mutta Google osoitti äskettäin, että fyysisten kubittien määrän lisääminen loogisessa kubitissa voi vähentää virhetasoa, mikä on lupaava askel kohti skaalautuvuutta thequantuminsider.com.) Julkisissa lausunnoissaan Googlen johto arvioi, että kvanttilaskenta alkaa vaikuttaa todellisuudessa 5–10 vuoden aikajänteellä thequantuminsider.com. Joten kun IBM ryntää kohti 4 000 kubitin prototyyppiä, Google pelaa pitkää peliä tavoitteenaan täysin virheensietoinen kvanttitietokone, vaikka sillä olisi lähitulevaisuudessa vain kymmeniä kubitteja.

Quantinuum (Honeywellin ja Cambridge Quantumin muodostama yhtiö) on toinen raskassarjalainen, mutta se kulkee eri teknologiapolkua: loukutettuihin ioneihin perustuvat kubitit. Quantinuum ei tavoittele heti tuhansia fyysisiä kubitteja – heidän uusin ioniloukkujärjestelmänsä sisältää noin 50–100 korkean fideliteetin kubittia – mutta he ovat osoittaneet ennätyksellisen kvanttitilavuuden (kokonaiskyvykkyyden mittari) ja jopa luoneet 12 “loogista” kubittia virheenkorjauksen avulla vuonna 2024 thequantuminsider.com. Quantinuumin tiekartta tähtää täysin virheensietävään kvanttilaskentaan vuoteen 2030 mennessä, ja yhtiö korostaa “kolmen ysin” fideliteetin (99,9 % luotettavuus) ja loogisten kubittien läpimurtojen saavuttamista välitavoitteina thequantuminsider.com. Toimitusjohtaja Rajeeb Hazra väittää, että laatu ja virheenkorjauksen edistyminen avaavat kvantille “biljoonan dollarin markkinat”, ja hän väittää Quantinuumilla olevan “alan uskottavin tiekartta kohti… virheensietävää kvanttilaskentaa” thequantuminsider.com. Yhteenvetona Quantinuumin painopiste on täydellistää kubitit ja virheenkorjaus, vaikka se tarkoittaisi toistaiseksi vähempää kubittimäärää – tämä eroaa IBM:n suuresta panostuksesta skaalaamiseen ja kohinan hallintaan lievennyksen avulla.

Toinen keskeinen kilpailija, IonQ, käyttää myös ansaittuihin ioneihin perustuvaa teknologiaa ja korostaa samoin kubittien laatua. IonQ:n johto mainostaa usein “algoritmisia kubitteja” – sisäistä mittaria, joka huomioi virhetasot ja kytkeytyvyyden – pelkän fyysisten kubittien määrän sijaan thequantuminsider.com. IonQ:n tiekartta tähtää “laajaan kvanttiedun saavuttamiseen vuoteen 2025 mennessä”, mutta tekemällä tämän parantamalla tasaisesti kubittiensa suorituskykyä ja rakentamalla modulaarisia, telineasennettavia ioniansa-ansoja, ei pyrkimällä tiettyyn suureen kubittimäärään thequantuminsider.com. Itse asiassa IonQ arvioi tarvitsevansa vain muutamia kymmeniä korkealaatuisia kubitteja päihittääkseen paljon suuremmat, meluisat kvanttitietokoneet tietyissä tehtävissä. Entinen toimitusjohtaja Peter Chapman ennusti IonQ:n teknologian “olevan ratkaiseva kaupallisen kvanttiedun kannalta,” erityisesti korostaen algoritmisten kubittien merkitystä fyysisten määrien sijaan hyödyllisten sovellusten avaimena thequantuminsider.com. Tämä filosofia korostaa alan keskustelua: onko kvanttilaskenta “määrien peliä” (enemmän kubitteja nopeammin) vai “laadun peliä” (parempia kubitteja, vaikka skaalaus olisi hitaampaa)? IBM panostaa määriin (laatu huomioiden), kun taas IonQ on selvästi laatu ensin -leirissä.

Sitten on Rigetti Computing, pienempi suprajohtaviin kubitteihin keskittyvä toimija. Rigettin tiekartta on kohdannut viivästyksiä – heidän oli tarkoitus saavuttaa 1 000 kubittia monisirumoduuleilla vuoteen 2024 mennessä, mutta käytännössä heidän järjestelmänsä ovat yhä kymmenissä kubiteissa. Vuoden 2025 puolivälissä Rigetti tähtää maltillisempaan yli 100 kubitin järjestelmään vuoden 2025 loppuun mennessä thequantuminsider.com, keskittyen samalla uskollisuuden ja kahden kubitin porttien suorituskyvyn parantamiseen. Yritys on kamppaillut pysyäkseen IBM:n nopean skaalaamisen tahdissa, mikä osoittaa, kuinka haastavaa uusien toimijoiden on vastata IBM:n resursseihin ja asiantuntemukseen tällä alalla. Silti Rigetti ja muut tuovat alalle innovaatioita (esimerkiksi Rigetti oli edelläkävijä varhaisissa monisiruintegraatiotekniikoissa), ja ne korostavat, että IBM:n johtoasema ei ole saavuttamaton, jos perustavanlaatuisia läpimurtoja (kuten parempia kubittimalleja tai materiaaleja) syntyy.

On myös syytä mainita D-Wave Systems tässä yhteydessä. D-Wave, kanadalainen yritys, omistaa kvanttiannealing-koneita (erilainen kvanttilaskennan malli), joissa on nykyään yli 5 000 kubittia thequantuminsider.com. D-Waven kubitit on kuitenkin suunniteltu optimointiongelmien ratkaisemiseen annealing-menetelmällä, eivät yleiskäyttöisiin kvantti-algoritmeihin. He saavuttavat suuren kubittimäärän erikoistuneella arkkitehtuurilla, mutta nämä kubitit eivät pysty suorittamaan mielivaltaisia kvanttipiirejä kuten IBM:n tai Googlen laitteet. D-Waven toimitusjohtaja, Alan Baratz, on todennut, että heidän teknologiansa tuottaa jo arvoa tietyissä sovelluksissa (kuten vähittäiskaupan työvuorojen optimoinnissa tai telekommunikaatioreitityksessä) thequantuminsider.com. 5 000-kubittisen D-Wave-järjestelmän olemassaolo muistuttaa, että kaikki kubitit eivät ole samanarvoisia – D-Waven kubitit ovat hyödyllisiä tietyissä tehtävissä, mutta eivät suoraan verrattavissa porttipohjaisten kvanttitietokoneiden kubitteihin. IBM:n yli 4 000 kubitin tavoite viittaa universaaleihin, porttipohjaisiin kubitteihin, mikä on huomattavasti vaativampaa monimutkaisuuden ja kyvykkyyden kannalta.

Yhteenvetona IBM erottuu aggressiivisella suprajohde-kubitti-laitteiston skaalaamisella ja pyrkimyksellä integroida se klassiseen laskentaan lyhyellä aikataululla. Google keskittyy virheenkorjauksen virstanpylväisiin, Quantinuum ja IonQ keskittyvät kubittien luotettavuuteen (vähemmillä kubiteilla lähitulevaisuudessa), ja yritykset kuten Rigetti tulevat perässä pienemmillä laitteilla. Jokaisella lähestymistavalla on ansionsa. Jos IBM onnistuu, se asettaa korkean riman kubittimäärässä ja saattaa saavuttaa kvanttiedun hyödyllisissä tehtävissä nopeammin. Mutta jos kubitit ovat liian meluisia, nuo 4 000 kubittia saattavat ei päihitä kilpailijan 100 erinomaista kubittia. Seuraavat pari vuotta tulevat olemaan kiehtova kilpailu erilaisten kvanttilaskennan filosofioiden välillä – eikä ole varmaa, että suurempi kubittimäärä aina voittaa, ellei sitä yhdistetä laatuun ja älykkääseen ohjelmistoon.

Miksi 4 000 kubittia? Mahdolliset sovellukset ja haasteet

Mihin 4 000-kubittinen kvanttitietokone oikeasti pystyisi, jos se toimisi suunnitellusti? Taustaksi: nykyiset kvanttitietokoneet (kymmenillä tai muutamalla sadalla kubitilla) eivät ole vielä selvästi päihittäneet klassisia tietokoneita missään käytännön ongelmassa. IBM ja muut uskovat, että kun päästään tuhansiin kubitteihin, saavutetaan alue, jossa hyödyllinen kvanttietu tulee mahdolliseksi tietyissä ongelmaluokissa tomorrowdesk.com. Tässä joitakin sovelluksia ja vaikutuksia, joita 4 000-kubittinen järjestelmä voisi avata:

• Kemia ja materiaalitiede: Kvanttitietokoneet soveltuvat erityisen hyvin molekyyli- ja atomijärjestelmien simulointiin. Jopa suurimmat klassiset supertietokoneet kamppailevat monimutkaisten molekyylien ja kemiallisten reaktioiden käyttäytymisen tarkan mallintamisen kanssa. IBM:n tutkijat huomauttavat, että ”harva ala saa kvanttilaskennasta arvoa yhtä nopeasti kuin kemia”, koska kvanttikoneet pystyvät luonnostaan käsittelemään kemiallisten vuorovaikutusten kvanttiluonnetta ibm.com. 4 000 kubitin järjestelmä voisi mahdollisesti simuloida keskikokoisia molekyylejä tai uusia materiaaleja erittäin tarkasti – edistäen lääkekehitystä, uusien materiaalien (esim. akkujen, lannoitteiden, suprajohtimien) kehittämistä sekä monimutkaisten kemiallisten prosessien ymmärtämistä. Nämä ovat ongelmia, joissa klassiset menetelmät törmäävät eksponentiaalisen monimutkaisuuden seinään. IBM ennustaa, että vuoteen 2025 mennessä kvanttitietokoneet alkavat tutkia hyödyllisiä sovelluksia luonnontieteissä, kuten kemiassa ibm.com.
• Optimointi ja rahoitusala: Monet tosielämän ongelmat – toimitusketjulogiikasta salkun optimointiin – liittyvät parhaan ratkaisun löytämiseen tähtitieteellisen monien mahdollisuuksien joukosta. Kvanttitietokoneet, algoritmeilla kuten QAOA tai kvanttihehkutustekniikoilla, tarjoavat uusia tapoja ratkaista tiettyjä optimointiongelmia. Tuhansien kubittien kone voisi käsitellä suurempia ongelmatapauksia tai tuottaa tarkempia ratkaisuja kuin nykyiset laitteet. IBM:n toimitusjohtaja Arvind Krishna on ehdottanut, että kvanttilaskenta mahdollistaa uusia optimointialgoritmeja, joita yritykset voivat hyödyntää, ja siitä voi tulla keskeinen kilpailuetu esimerkiksi rahoitus-, energia- ja valmistusteollisuudessa thequantuminsider.com. 4 000 kubitin järjestelmä voisi esimerkiksi ratkaista monimutkaisia riskianalyysi- tai reittioptimointiongelmia, joita klassiset algoritmit eivät kykene ratkaisemaan kohtuullisessa ajassa.
• Koneoppiminen ja tekoäly: Tutkimus kvanttikoneoppimisen parissa kasvaa, ja kvanttitietokoneet saattavat nopeuttaa tiettyjä koneoppimistehtäviä tai tarjota uusia mallinnusmahdollisuuksia. Tuhansien kubittien avulla kvanttitietokoneet voisivat alkaa toteuttaa kvanttihermoverkkomalleja tai suorittaa nopeampia lineaarialgebran aliohjelmia, jotka ovat ML-algoritmien taustalla. IBM tarkastelee erityisesti koneoppimista kvanttisovellusten testitapauksena – odottaen, että vuoteen 2025 mennessä kvanttitietokoneita käytetään tutkimaan koneoppimisen käyttötapauksia yhdessä klassisen ML:n kanssa, mahdollisesti parantaen tapaa, jolla tunnistamme kuvioita datasta tai optimoimme ML-malleja ibm.com. Käytännön esimerkki voisi olla kvantilla tehostettu piirrevalinta tai klusterointi monimutkaisissa tietoaineistoissa, mikä saattaa nopeutua kvanttialiohjelmien avulla.
• Tieteellinen tutkimus ja “suuret haasteet”: Kohdennettujen teollisuusalojen lisäksi 4 000 kubitin kvanttitietokone olisi merkittävä etu perustutkimukselle. Sitä voitaisiin käyttää korkean energian fysiikan skenaarioiden simulointiin, kvanttimateriaalien suunnittelun optimointiin tai jopa kryptografian ja matematiikan kysymysten tutkimiseen. IBM on maininnut luonnontieteet laajasti – esimerkiksi fysiikan tai biologian ongelmat, jotka ovat tällä hetkellä ratkaisemattomia, saattavat ratketa hybridikvanttilähestymistavalla ibm.com. Ajattele katalyyttien suunnittelua hiilidioksidin talteenottoon tai kvanttisysteemien analysointia ydin­fysiikassa – nämä ovat äärimmäisen monimutkaisia laskelmia, joissa kvanttitietokone voi tarjota uusia oivalluksia. IBM:n omat tutkijat ovat osoittaneet sovelluksia kemiassa, optimoinnissa ja koneoppimisessa varhaisina kohteina kvanttiedulle ibm.com.

Tämä on se houkutteleva lupaus – mutta entä haasteet? 4 000 kubitin kvanttitietokone kohtaa vakavia esteitä:

• Kohina ja virhetasot: Nykyiset kubitit ovat virhealttiita; ne dekoherevat (menettävät kvanttitilansa) mikrosekunneissa ja operaatioissa (“portit”) kubittien välillä on epätäydellisyyksiä. Vain 50–100 kubitilla kvanttialgoritmit voivat suorittaa vain hyvin lyhyen operaatioketjun ennen kuin virheet pilaavat tuloksen. Jos käytössä on tuhansia kubitteja, kohinan haaste moninkertaistuu. Itse asiassa kolmen sirun yhdistäminen (kuten IBM suunnittelee) voi tuoda lisää virheitä, koska sirujen väliset operaatiot ovat hieman hitaampia ja tarkkuudeltaan heikompia ibm.com. IBM tunnustaa tämän ja kehittää System Two:n ohjelmistoa olemaan “arkkitehtuuritietoinen” – esimerkiksi ajoittamaan kriittiset operaatiot samalle sirulle ja hallitsemaan hitaampia sirujen välisiä operaatioita huolellisesti ibm.com. Ilman virheenkorjausta (joka ei ole täysin käytössä vuoteen 2025 mennessä), IBM tukeutuu virheiden lieventämiseen: kekseliäisiin keinoihin vähentää virheiden vaikutusta. Tämä sisältää tekniikoita kuten todennäköisyyspohjainen virheiden kumoaminen, jossa tarkoituksella lisätään ylimääräistä kohinaa, jotta opitaan kohinasta ja sitten klassisesti jälkikäsitellään tulokset virheiden kumoamiseksi spectrum.ieee.org. Nämä menetelmät ovat laskennallisesti raskaita eivätkä täydellisiä, mutta IBM:n tutkimus viittaa siihen, että jotkut niistä voivat skaalautua tämän kokoisiin laitteisiin spectrum.ieee.org. Silti kohinan hallinta on se keskeinen kysymys – se on syy, miksi kvanttitietokoneet eivät ole vielä ratkaisseet todellisia ongelmia, ja 4 000 kubitin kone onnistuu vain, jos IBM pystyy pitämään virheet riittävän kurissa syvällisten laskentojen suorittamiseksi.
• Virheenkorjaus & loogiset kubitit: Pitkän aikavälin ratkaisu kohinaan on kvanttivirheenkorjaus (QEC), jossa useat fyysiset kubitit ryhmitellään yhdeksi loogiseksi kubitiksi, joka kestää virheitä. IBM:n 4 000 kubitin järjestelmä toimii todennäköisesti edelleen “NISQ”-alueella (Noisy Intermediate-Scale Quantum), eli laajamittaista virheenkorjausta ei vielä ole – kubitteja ei yksinkertaisesti ole tarpeeksi kaikkien 4 000:n täydelliseen virheenkorjaukseen. (Vertailun vuoksi: jo muutaman tuhannen fyysisen kubitin muuttaminen muutamaksi loogiseksi kubitiksi voi viedä koko koneen kapasiteetin.) IBM kuitenkin rakentaa pohjaa virheenkorjaukselle. Yritys on aktiivisesti tutkinut uusia QEC-koodeja (esimerkiksi kvantti-LDPC-koodi, joka on kubittitehokkaampi kuin perinteiset pintakoodit) ja nopeita virheenkorjaimia thequantuminsider.com. Itse asiassa IBM on äskettäin laajentanut tiekarttaansa vuoteen 2033, painottaen nimenomaisesti porttien laadun parantamista ja virheenkorjattujen moduulien kehittämistä vuoden 2025 jälkeen newsroom.ibm.com. 4 000 kubitin supertietokonetta voidaan pitää siltana: sen on tarkoitus olla riittävän suuri, jotta sillä voidaan tehdä joitakin hyödyllisiä asioita virheen lieventämisellä, samalla kun IBM oppii toteuttamaan osittaista virheenkorjausta laajassa mittakaavassa. IBM on jopa ilmoittanut suunnitelmasta prototyyppiin vikasietoisesta kvanttitietokoneesta vuoteen 2029 mennessä hpcwire.com, mikä osoittaa, että virheenkorjaus on vahvasti heidän agendallaan, kun 4 000 kubitin virstanpylväs saavutetaan. Täysin virheenkorjattujen (loogisten) kubittien saavuttaminen vaatii kuitenkin moninkertaisesti enemmän kubitteja tai huomattavasti parempaa kubittien laatua – todennäköisesti molempien yhdistelmää.
• Ohjelmistot ja kehittäjätyökalut: Vaikka sinulla olisi 4 000 kubitin kvanttikone, tarvitset ohjelmistoja, jotka osaavat hyödyntää sitä tehokkaasti. Kvanttialgoritmit täytyy sovittaa tälle monimutkaiselle monisiruiselle laitteistolle. IBM vastaa tähän työkaluilla kuten Qiskit Runtime ja Quantum Serverless -arkkitehtuuri. Näiden avulla käyttäjä voi jakaa ongelman pienempiin kvanttipiireihin, ajaa niitä rinnakkain eri kvanttisiruilla ja yhdistää tulokset klassisella laskennalla ibm.com. Esimerkiksi “circuit knitting” on yksi tekniikka, jota IBM korostaa – suuren piirin jakaminen pienempiin osiin, jotka sopivat pienemmille prosessoreille, ja tulosten yhdistäminen klassisesti ibm.com. Vuoteen 2025 mennessä IBM aikoo tarjota ominaisuuksia kuten dynaamiset piirit (joissa mittaustulokset voivat vaikuttaa tuleviin operaatioihin reaaliajassa) ja sisäänrakennetun virheiden vaimennuksen pilvialustallaan ibm.com. Haasteena on tehdä tästä kaikesta kehittäjäystävällistä. IBM haluaa, että kvanttilaskenta on saavutettavissa niin, että myös data-analyytikot ja alakohtaiset asiantuntijat (eivät vain kvantti-PhD:t) voivat hyödyntää näitä 4 000 kubittia ibm.com. Hyvän abstraktion saavuttaminen – jossa käyttäjä voi esimerkiksi kutsua korkean tason funktiota molekyylin simuloimiseksi ja järjestelmä selvittää, miten 4 000 kubittia otetaan käyttöön – on ratkaisevaa käytännön hyödyllisyyden kannalta. IBM:n lähestymistapa tässä on kvanttimiddleware ja “sovelluskauppa” kvanttialkioille: valmiiksi rakennettuja funktioita yleisiin tehtäviin, kuten todennäköisyysjakaumien näytteenottoon tai järjestelmien ominaisuuksien arviointiin ibm.com. Jos tämä onnistuu, kemisti vuonna 2025 ei ehkä tarvitse tietää laitteiston yksityiskohtia; hän voi vain käyttää IBM:n ohjelmistoa hyödyntääkseen 4 000 kubitin tehoa simulaatioonsa.
• Fyysinen infrastruktuuri: Skaalaaminen tuhansiin kubitteihin ei ole pelkästään laskennallinen haaste, vaan insinööritaidon maraton. Kvanttiprosessorit täytyy jäähdyttää millikelvin-lämpötiloihin – kylmemmäksi kuin avaruus. IBM:n täytyi suunnitella uusi laimennusjäähdytin (IBM Quantum System Two), joka on suurempi ja modulaarisempi kuin aiemmat, jotta se mahtuu useampia siruja ja kaikki niiden ohjausjohdotukset techmonitor.ai. Jäähdytin, elektroniikka ja kaapelointi monimutkaistuvat entisestään kubittien määrän kasvaessa. Tuhannet kubitit tarkoittavat tuhansia mikroaaltokontrollilinjoja, kehittynyttä suodatusta estämään lämmön ja häiriöiden vuotamista kubiteille sekä valtavia tietovirtoja kubittien lukemista. IBM:n insinöörit ovat verranneet kvanttijärjestelmien skaalaamisen monimutkaisuutta varhaisiin supertietokoneisiin tai avaruuslentoihin. IBM odottaa vuoteen 2025 mennessä ”poistaneensa tärkeimmät skaalaamisen esteet” modulaarisen laitteiston ja siihen liittyvän ohjauselektroniikan avulla ibm.com – mutta on syytä huomata, että IBM on vasta nyt saavuttamassa näitä rajoja. New Yorkin System Two on käytännössä prototyyppi tällaisen monimutkaisuuden hallintaan newsroom.ibm.com. IBM asentaa myös System Two -järjestelmän Eurooppaan (yhteistyössä Espanjan Baskimaan hallituksen kanssa) vuoteen 2025 mennessä tomorrowdesk.com, mikä testaa, voidaanko tämä huippuluokan infrastruktuuri toistaa IBM:n oman laboratorion ulkopuolella. Näiden käyttöönottojen onnistuminen on tärkeä todiste siitä, että kvanttisuperkoneen putkistot ja johdotukset voidaan tehdä luotettaviksi ja ylläpidettäviksi.

Näiden haasteiden valossa asiantuntijat hillitsevät hypeä toteamalla, että 4 000 kubitin IBM-kone tulee todennäköisesti olemaan erittäin erikoistunut työkalu. Se saattaa päihittää klassiset supertietokoneet tietyissä ongelmissa (kvanttikemian simulaatiot, tietyt optimoinnit tai koneoppimistehtävät kuten mainittu), saavuttaen kvanttiedun tai jopa vilauksia kvanttiylivallasta hyödyllisissä yhteyksissä. Se ei kuitenkaan tee klassisista tietokoneista välittömästi vanhentuneita. Itse asiassa monissa tehtävissä klassiset supertietokoneet ja GPU:t ovat yhä nopeampia tai käytännöllisempiä. IBM:n oma tiekartta tunnustaa tämän synergian: kvanttisuperkoneen on tarkoitus toimia yhdessä klassisen HPC:n kanssa, kumpikin tehden sen, minkä osaa parhaiten tomorrowdesk.com. Joten meidän tulisi nähdä 4 000 kubitin järjestelmä yhtenä ensimmäisistä todellisista ”kvanttilaskennan kiihdyttimistä” – sellaisena, jota käytetään klassisen laskennan rinnalla ratkaisemaan niitä todella vaikeita ongelmia, joihin pelkät klassiset koneet eivät pysty. Se on merkittävä askel kohti lopullista unelmaa virheenkestävästä kvanttilaskennasta, mutta ei vielä päätepiste.

Tie eteenpäin: IBM:n kvanttitiekaavio vuoden 2025 jälkeen

IBM:n yli 4 000 kubitin supertietokone on merkittävä virstanpylväs, mutta se on osa pidempää tiekarttaa, joka ulottuu 2030-luvulle. IBM on julkisesti ilmoittanut, että vuoteen 2025 mennessä, kun tämä kvanttikeskeinen supertietokone on käytössä, he ovat “poistaneet joitakin suurimmista esteistä kvanttilaitteiston skaalaamisen tieltä” ibm.com. Mutta kehitys ei pysähdy siihen. Vuonna 2025 ja sen jälkeen IBM:n painopiste siirtyy yhä enemmän skaalaamiseen laadun kanssa – parantamaan kubittien fideliteettiä, virheenkorjausta ja niiden piirien monimutkaisuutta, joita voidaan ajaa.

Itse asiassa vuoden 2023 lopussa IBM päivitti Quantum Development Roadmapinsa aina vuoteen 2033 asti. Yksi keskeinen tavoite: noin vuosina 2026–2027 ottaa käyttöön virheenkorjatut kvanttioperaatiot heidän järjestelmissään, edeten kohti “edistyneitä virheenkorjattuja järjestelmiä” myöhemmin vuosikymmenellä newsroom.ibm.com. IBM priorisoi porttien fideliteetin parantamista (virheprosenttien pienentämistä) niin, että suuremmat kvanttipiirit (joissa on tuhansia operaatioita) tulevat mahdollisiksi newsroom.ibm.com. Tämä viittaa siihen, että kubittimäärän virstanpylvään jälkeen IBM panostaa entistä enemmän jokaisen kubitin parantamiseen ja virheenkorjauksen asteittaiseen integrointiin. Konkreettinen esimerkki on IBM:n työ uusien virheenkorjauskoodien, kuten Quantum LDPC -koodien ja nopeampien dekoodausalgoritmien parissa, joiden tavoitteena on käsitellä virheitä tehokkaammin kuin nykyiset surface-koodit thequantuminsider.com. Keskustelua käydään myös IBM:n prosessorista, jonka koodinimi on “Loon” ja jonka on tarkoitus vuonna 2025 testata virheenkorjatun arkkitehtuurin osia (kuten moduuleja, jotka yhdistävät kubitteja tiettyä QEC-koodia varten) hpcwire.com. Vuoteen 2029 mennessä IBM pyrkii rakentamaan havainnollistettavan virheensietokykyisen kvanttiprototyypin, mikä on linjassa kilpailijoiden, kuten Googlen, kanssa tuossa lopullisessa tavoitteessahpcwire.com.

Laitteistopuolella IBM jatkaa todennäköisesti lintuteemaisen prosessorimallistonsa kehittämistä Kookaburran jälkeenkin. Tiekartta vuoden 2025 jälkeen ei ole täysin julkinen, mutta IBM on vihjannut tutkivansa entistä suurempia monisirujärjestelmiä ja mahdollisesti hybriditeknologioita. Esimerkiksi IBM:n visio kvanttikeskeisestä supertietokoneesta sisältää lopulta kvanttikommunikaatiolinkit, jotka voivat yhdistää siruklustereita etäisyyksien yli, ei vain samassa jääkaapissa newsroom.ibm.com. Saatamme nähdä IBM:n ottavan käyttöön valokuituyhteyksiä tai muita menetelmiä kvanttiprosessorien yhdistämiseksi eri kryostaateissa – eräänlaisena kvanttipaikallisverkkona. Tämä mahdollistaisi kymmenien tuhansien tai jopa miljoonien kubittien järjestelmät pitkällä aikavälillä, mikä IBM:n mukaan tulee olemaan tarpeen vaikeimpien ongelmien ratkaisemiseksi (ja täyden virheenkorjauksen toteuttamiseksi) newsroom.ibm.com, insidehpc.com. IBM:n omien sanojen mukaan heidän modulaarinen ja verkotettu lähestymistapansa mahdollistaa skaalautumisen “satoihin tuhansiin kubitteihin” ajan myötä newsroom.ibm.com. 4 000 kubitin järjestelmä on käytännössä ensimmäinen kvanttisuperkonearkkitehtuurin ilmentymä, jota voidaan kasvattaa liittämällä lisää moduuleja.

IBM:n laajempi tiekartta sisältää myös kvanttiekosysteemin kasvattamisen. Yritys panostaa koulutukseen, kumppanuuksiin ja pilvipalveluiden saavutettavuuteen, jotta kun laitteisto on valmis, on olemassa yhteisö, joka osaa käyttää sitä. Esimerkiksi IBM on tehnyt yhteistyötä kansallisten laboratorioiden, yliopistojen ja jopa alueellisten hallitusten (kuten Japanissa, Koreassa, Saksassa ja Espanjassa) kanssa isännöidäkseen kvanttilaitteita ja edistääkseen paikallista kehitystä. Suunnitelma ottaa käyttöön Euroopan ensimmäinen IBM Quantum System Two Espanjassa vuoteen 2025 mennessä tomorrowdesk.com on osa tätä strategiaa – saada yhä useampi pääsemään käsiksi edistyneeseen kvanttilaitteistoon. IBM:n johto ennustaa, että kvanttilaskennasta tulee keskeinen liiketoiminnan erottautumistekijä tulevina vuosina thequantuminsider.com, ja he haluavat olla tämän nousevan kvanttitalouden ytimessä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että IBM:n yli 4 000 kubitin kvanttisuper­tietokonehanke edustaa historiallista harppausta kvanttilaskennan mittakaavassa. Jos hanke onnistuu, se merkitsee siirtymää erillisistä, kokeellisista kvanttiprosessoreista verkotettuihin kvanttijärjestelmiin, jotka lähestyvät käytännön hyödyllisyyden rajaa. Tämä hanke sijoittuu huipputason fysiikan, tekniikan ja tietojenkäsittelytieteen risteyskohtaan. Kyseessä on yhtä lailla ohjelmisto- kuin laitteistosaavutus, joka vaatii täysin uudenlaisen supertietokoneen hallintaan ja ohjelmointiin uusia tapoja. Maailma seuraa tarkasti – ei vain ennätyksellisen kubittimäärän vuoksi, vaan myös nähdäkseen, pystyykö IBM osoittamaan hyödyllisiä tuloksia tällä koneella, jotka ylittävät klassisten tietokoneiden kyvyt.

Vuoden 2025 puolivälissä IBM on tämän saavutuksen kynnyksellä: laitteistosuunnittelu on pitkälti valmis, ensimmäiset prototyypit toimivat ja yhtiö kiirehtii integroimaan kaiken toimivaksi supertietokoneeksi. Menestystä ei voida taata, mutta vauhti ja edistys tähän asti ovat kiistattomia. Jopa kilpailijat ja skeptikot myöntävät, että IBM on vienyt alaa merkittävästi eteenpäin. Odottaessamme IBM:n kvanttisuper­tietokoneen täyttä julkistusta yksi asia on selvä – olemme astumassa tietojenkäsittelyn uuden aikakauden alkuun. Kuten IBM itse julisti, tuleva kvanttikeskeinen supertietokone on valmis tulemaan ”olennaiseksi teknologiaksi niille, jotka ratkaisevat vaikeimpia ongelmia, tekevät uraauurtavinta tutkimusta ja kehittävät edistyksellisintä teknologiaa” insidehpc.com.

Seuraavat vuodet näyttävät, toteutuuko tämä lupaus, mutta jos IBM:n panostus kantaa hedelmää, 4 000 kubittia voi todella muuttaa tietojenkäsittelyn pysyvästi – avaten ovia ratkaisuille ongelmiin, joita pidimme aiemmin mahdottomina, ja julistaen kvanttilaskennan aikakauden alkua.

Lähteet:

• IBM Newsroom: IBM Quantum roadmap ja yli 4 000 kubitin järjestelmän suunnitelmat newsroom.ibm.com
• IBM Research Blog: Quantum roadmap -päivitys kvanttikeskeiselle supertietokoneelle (2024) ibm.com
• IBM Quantum Summit 2023 Lehdistötiedote newsroom.ibm.com
• TechMonitor: IBM esittelee kvanttisuper­tietokoneen, joka voi saavuttaa 4 000 kubittia vuoteen 2025 mennessä techmonitor.ai
• IEEE Spectrum: IBM:n tavoite: 4 000 kubitin prosessori vuoteen 2025 mennessä (tiekartan ja haasteiden analyysi) spectrum.ieee.org
• InsideHPC: IBM Think 2022:ssa – kvanttikeskeinen supertietokonenäkemys insidehpc.com
• The Quantum Insider: Suurten toimijoiden kvanttilaskennan tiekartat (IBM, Google, IonQ, jne.) thequantuminsider.com
• TomorrowDesk: Katsaus IBM:n vuoden 2025 kvanttisuperkoneen tavoitteeseen ja modulaariseen suunnitteluun tomorrowdesk.com
• Post-Quantum (alan blogi): Kuinka monta kubittia tarvitaan RSA-2048-salauksen murtamiseen postquantum.com
• TechMonitor: Lainauksia IBM:n Dr. Darío Gililtä ja IBM Quantum Networkin tilastoja techmonitor.ai