IBM’s 4.000-qubit kwantumsupercomputer zou de computerwereld voorgoed kunnen veranderen

• IBM plant een kwantumsupercomputer met meer dan 4.000 qubits tegen 2025, gerealiseerd door drie 1.386-qubit Kookaburra-chips met elkaar te verbinden tot een systeem van 4.158 qubits.
• Het Quantum System Two modulaire platform, geïntroduceerd in 2023, is ontworpen om meerdere chips te huisvesten en beschikt over een cryogene koelkast en geavanceerde besturingselektronica.
• Eind 2023 zette IBM het eerste Quantum System Two aan, waarop drie 133-qubit Heron-processors parallel draaiden.
• Tegen eind 2025 wil IBM drie Kookaburra-chips op System Two plaatsen, waarmee één machine met 4.158 qubits ontstaat.
• IBM gebruikt korteafstandskoppelingen tussen chips en cryogene verbindingen om chips samen te voegen tot één rekenstructuur.
• Het bedrijf noemt deze aanpak quantum-centric supercomputing, waarbij QPU’s, CPU’s en GPU’s worden verweven tot één rekenstructuur.
• Qiskit Runtime en circuit knitting stellen ontwikkelaars in staat om grote kwantumworkloads over meerdere chips uit te voeren met ingebouwde foutonderdrukking.
• Het systeem met meer dan 4.000 qubits zal in 2025 werken in het NISQ-regime, waarbij het vertrouwt op foutonderdrukking in plaats van volledige kwantumfoutcorrectie.
• Experts schatten dat het kraken van RSA-2048 ongeveer 4.000 foutgecorrigeerde logische qubits vereist, waarschijnlijk miljoenen fysieke qubits.
• Concurrenten zijn onder meer Google, dat streeft naar fouttolerante kwantumcomputing tegen 2029, IonQ dat inzet op algoritmische qubits, Quantinuum dat zich richt op hoge betrouwbaarheid en fouttolerantie, en D-Wave dat een annealingsysteem met meer dan 5.000 qubits aanbiedt.

IBM staat op het punt een doorbraak te bereiken in kwantumcomputing: een “kwantumsupercomputer” met meer dan 4.000 qubits tegen 2025. Het ambitieuze plan van de techgigant – onderdeel van een bredere kwantumstrategie – belooft de computing te revolutioneren door problemen aan te pakken die de snelste supercomputers van vandaag niet aankunnen. In dit rapport bespreken we IBM’s kwantumtraject, het ontwerp van het systeem met meer dan 4.000 qubits, inzichten van experts (en de hype), hoe het zich verhoudt tot rivalen als Google en IonQ, en wat een machine met 4.000 qubits voor de wereld zou kunnen betekenen.

Achtergrond: IBM’s zoektocht naar kwantumcomputing

IBM is een pionier op het gebied van kwantumcomputing, en loopt voorop in zowel hardware- als softwareontwikkeling. In 2020 presenteerde IBM een kwantumroutekaart en heeft sindsdien elke mijlpaal gehaald. In 2021 demonstreerden ze de 127-qubit Eagle-processor – een chip zo complex dat de circuits ervan “niet betrouwbaar exact gesimuleerd kunnen worden op een klassieke computer” insidehpc.com. In 2022 introduceerde IBM de 433-qubit Osprey-chip, een grote stap vooruit ten opzichte van Eagle qua aantal qubits techmonitor.ai. Het meest recent, eind 2023, bereikte IBM de 1.121-qubit-grens met zijn Condor-processor – de eerste kwantumprocessor die de grens van duizend qubits doorbraktomorrowdesk.com. Elk van deze ontwikkelingen legde cruciale basis voor het opschalen naar duizenden qubits.

Maar de strategie van IBM draait niet alleen om het toevoegen van meer qubits. Het bedrijf benadrukt een full-stack benadering: robuuste quantumhardware, intelligente quantumsoftware, en een breed ecosysteem van gebruikers en partners newsroom.ibm.com, insidehpc.com. In 2016 zette IBM de eerste quantumcomputer in de cloud voor openbaar gebruik, en vandaag zijn meer dan 200 organisaties en 450.000 gebruikers verbonden met de quantumdiensten van IBM via de cloud techmonitor.ai. IBM’s softwareframework (Qiskit) en de Qiskit Runtime-omgeving stellen ontwikkelaars in staat om quantumprogramma’s efficiënt uit te voeren, met ingebouwde tools om fouten te beperken en hybride quantum-klassieke workloads te orkestreren newsroom.ibm.com, insidehpc.com. Deze nauwe integratie van hardware en software – samen met een netwerk van academische en industriële samenwerkingspartners – staat centraal in IBM’s bredere doel: het brengen van bruikbare quantum computing naar de wereld, en niet alleen labdemonstraties.

IBM noemt deze visie graag “quantum-centric supercomputing.” Het idee is om uiteindelijk quantumprocessors (QPU’s) te verweven met klassieke CPU’s en GPU’s in een naadloze computerstructuur insidehpc.com. Net zoals recente supercomputers CPU’s en AI-versnellers combineren om AI-workloads aan te kunnen, ziet IBM toekomstige supercomputers quantum- en klassieke engines combineren om problemen aan te pakken die geen van beide alleen zou kunnen oplossen insidehpc.com. In de woorden van Dr. Jay Gambetta, vice-president quantum bij IBM: “Nu luidt IBM het tijdperk in van de quantum-centric supercomputer, waar quantumresources – QPU’s – worden verweven met CPU’s en GPU’s tot een compute fabric”, gericht op het oplossen van “de moeilijkste problemen” in wetenschap en industrie insidehpc.com. Het is een gedurfde visie die verder gaat dan alleen het maken van een snellere computer; het gaat om het veranderen van de vorm van computing zelf.

Een quantum-supercomputer met meer dan 4.000 qubits ontwerpen

Hoe bouw je een quantumcomputer met meer dan 4.000 qubits? Het antwoord van IBM: modulariteit. In plaats van één gigantische chip verbindt IBM meerdere kleinere quantumchips tot één systeem – een beetje zoals het koppelen van knooppunten in een supercomputer. Het volgende-generatie platform van het bedrijf, genaamd IBM Quantum System Two, is hier speciaal voor ontworpen. Geïntroduceerd in 2023 is System Two IBM’s eerste modulaire quantumcomputersysteem, met een geavanceerde cryogene koelkast en besturingselektronica die meerdere quantumprocessors tegelijk kan ondersteunen techmonitor.ai, newsroom.ibm.com. Het is het fysieke “huis” dat IBM’s komende vloot van verbonden chips zal huisvesten, allemaal gekoeld tot bijna het absolute nulpunt. Door chips te combineren kan IBM het aantal qubits snel opschalen zonder onmogelijke grote enkele chips te hoeven maken – een aanpak die cruciaal is om van honderden naar duizenden qubits te springen.

Figuur: IBM’s visie voor een quantum-supercomputer is om meerdere quantumchips tot één systeem te koppelen. In 2025 is IBM van plan om “Kookaburra” te introduceren, een processor met 1.386 qubits en quantumcommunicatielinks; drie Kookaburra-chips kunnen worden verbonden tot een enkel systeem met 4.158 qubits ibm.com. Deze modulaire architectuur stelt IBM in staat om op te schalen naar duizenden qubits door kleinere processors te netwerken in plaats van te vertrouwen op één enorme chip.

Het hart van IBM’s 4.000-qubitplan is de aankomende familie van processoren met vogelachtige codenamen. In 2024 wordt verwacht dat IBM “Flamingo,” een 462‑qubit-chip uitbrengt, ontworpen om quantumcommunicatie tussen chips te testen ibm.com. IBM is van plan het ontwerp van Flamingo te demonstreren door drie Flamingo-processoren te koppelen tot één systeem met 1.386 qubits – waarmee in feite wordt aangetoond dat meerdere chips kunnen samenwerken alsof ze één geheel vormen ibm.com. Dan volgt de grote stap: in 2025 zal IBM “Kookaburra” onthullen, een 1.386‑qubit-processor gebouwd voor modulaire opschaling ibm.com. Dankzij ingebouwde communicatielinks kunnen drie Kookaburra-chips worden verbonden tot één machine met 4.158 qubits ibm.com. In de woorden van IBM wordt dit de eerste quantum-centrische supercomputer, waarmee de grens van 4.000 qubits wordt doorbroken.

Hoe ziet deze architectuur er dan uit? In wezen gebruikt IBM koppelstukken voor korte afstand tussen chips en cryogene verbindingen om qubits over verschillende chips te verbinden spectrum.ieee.org. Zie elke chip als een “tegel” van qubits; koppelstukken maken het mogelijk dat aangrenzende tegels quantum-informatie delen, en speciale microgolfkabels kunnen chips die iets verder uit elkaar liggen verbinden spectrum.ieee.org. De uitdaging is om qubits op aparte chips zich bijna te laten gedragen alsof ze op dezelfde chip zitten – geen gemakkelijke opgave, aangezien quantumtoestanden fragiel zijn. IBM ontwikkelt nieuwe koppeltechnologie om verstrengelde qubits coherent te houden tussen chips tomorrowdesk.com. System Two biedt de ultrakoude, trillingsvrije omgeving en een flexibel bedrading-systeem om deze multi-chipnetwerken te ondersteunen techmonitor.ai. Dit alles wordt aangestuurd door een “intelligente” besturingslaag (software en klassieke computerkracht) die quantumoperaties over de verschillende chips coördineert, zodat ze als één geheel functioneren insidehpc.com.

IBM’s tijdlijn voorziet dat het 4.000+ qubit-systeem operationeel zal zijn ergens in 2025 techmonitor.ai. In feite zijn de eerste onderdelen al aanwezig. Eind 2023, tijdens de IBM Quantum Summit, zette IBM het eerste Quantum System Two aan, met drie kleinere 133-qubit “Heron”-processors die parallel draaien newsroom.ibm.com. Dit diende als prototype: Heron is een relatief chip met weinig qubits maar met aanzienlijk verbeterde foutpercentages, en IBM gebruikte System Two om te laten zien dat het meerdere processors samen als één systeem kan laten werken newsroom.ibm.com. In de komende een à twee jaar zal IBM dit opschalen – door grotere chips (zoals Flamingo en daarna Kookaburra) te plaatsen en er meer met elkaar te verbinden. Het doel is dat tegen eind 2025, IBM Quantum System Two drie Kookaburra-chips zal bevatten en dus >4.000 verbonden qubits in één machine techmonitor.ai. Verder vooruitkijkend voorziet IBM zelfs het koppelen van meerdere System Twos: bijvoorbeeld, het verbinden van drie van zulke systemen zou in de toekomst een cluster van meer dan 16.000 qubits kunnen opleveren techmonitor.ai. Met andere woorden, 4.000 qubits is niet het einddoel – het is een tussenstap naar nog grotere quantumcomputers die worden gebouwd door modules met elkaar te verbinden, vergelijkbaar met hoe klassieke supercomputers worden opgeschaald met meerdere nodes.

IBM’s Visie: Inzichten van Quantumleiders

Het quantumteam van IBM is begrijpelijkerwijs enthousiast – en optimistisch – over wat deze sprong naar 4.000 qubits betekent. IBM’s Director of Research, Dr. Darío Gil, heeft vaak gesproken over het bereiken van een nieuw tijdperk van praktische quantumcomputing. “Het uitvoeren van onze visie heeft ons een duidelijk zicht gegeven op de toekomst van quantum en wat er nodig is om ons naar het tijdperk van praktische quantumcomputing te brengen,” zei Gil, terwijl IBM zijn roadmap uitbreidde newsroom.ibm.com. Met het doel van meer dan 4.000 qubits in zicht, omschreef hij het als het inluiden van “een tijdperk van quantum-centrische supercomputers die grote en krachtige computationele ruimtes zullen openen” voor ontwikkelaars, partners en klanten newsroom.ibm.com. Met andere woorden, IBM ziet dit als het begin van quantumcomputers die niet alleen labexperimenten zijn, maar krachtige hulpmiddelen voor gebruik in de echte wereld.

Jay Gambetta, IBM Fellow en VP van Quantum, noemde 2023 een belangrijk kantelpunt – het moment waarop het concept van de quantum-centrische supercomputer werkelijkheid werd in prototypevorm techmonitor.ai. Volgens Gambetta is het simpelweg hebben van meer qubits niet genoeg; “quantum-centrische supercomputing vereist meer dan alleen veel qubits”, legde hij uit – het heeft ook meer circuitdiepte en een nauwe integratie met klassieke systemen nodig techmonitor.ai. Dit weerspiegelt IBM’s nadruk op de kwaliteit van qubits en de naadloze samensmelting van quantum- en klassieke computing. “Onze missie is om bruikbare quantumcomputing naar de wereld te brengen,” zei Gambetta. “We blijven het beste full-stack quantumaanbod in de industrie leveren — en het is aan de industrie om die … systemen te gebruiken” techmonitor.ai. De boodschap: IBM levert de hardware en software, en ze verwachten dat bedrijven en onderzoekers er impactvolle dingen mee gaan doen.

Op de Quantum Summit 2023 liet het team van IBM zich optimistisch uit over de volwassenheid van de technologie. “We bevinden ons nu echt in het tijdperk waarin quantumcomputers worden gebruikt als instrument om nieuwe grenzen van de wetenschap te verkennen,” merkte Dr. Darío Gil op, waarbij hij aangaf dat quantumcomputers niet langer slechts curiositeiten zijn newsroom.ibm.com. Hij benadrukte IBM’s vooruitgang in het opschalen van deze systemen via modulair ontwerp en beloofde om “de kwaliteit van een quantumtechnologiestack op nutschaal verder te verhogen – en deze in handen te geven van onze gebruikers en partners die de grenzen van complexere problemen zullen verleggen” newsroom.ibm.com. Kortom, terwijl IBM het aantal qubits opschaalt, werken ze ook aan het verbeteren van de qubit-fideliteit en de ‘slimheid’ van de software, zodat die duizenden qubits daadwerkelijk nuttig werk kunnen verrichten aan complexe problemen.

IBM gebruikt zelfs een sprekende metafoor voor de komende verschuiving. Het bedrijf vergelijkt de overgang van de huidige prille quantumcomputers naar de quantum-supercomputer van 2025 met “het vervangen van papieren kaarten door GPS-satellieten” in navigatie ibm.com. Het is een tot de verbeelding sprekend beeld: quantum-supercomputers zouden ons op een fundamenteel nieuwe manier door computationele problemen kunnen leiden, zoals GPS een revolutie teweegbracht in hoe we onze weg vinden. Of de werkelijkheid IBM’s optimisme zal evenaren, moet nog blijken, maar het staat buiten kijf dat de topmensen van IBM geloven dat ze op de drempel van iets groots staan.

Wat de experts zeggen: hype en realiteitscheck

De aankondiging van IBM’s 4.000-qubit heeft veel ophef veroorzaakt, maar externe experts herinneren ons er vaak aan om onze verwachtingen realistisch te houden. Een belangrijk punt dat ze maken: meer qubits alleen garandeert geen bruikbare resultaten. De huidige quantum-bits zijn “ruisgevoelig” – ze zijn vatbaar voor fouten – dus simpelweg duizenden imperfecte qubits aan elkaar koppelen lost problemen niet magisch op als die qubits hun coherentie niet kunnen behouden. IEEE Spectrum merkte op dat het plan van IBM gepaard zal moeten gaan met een “intelligente softwarelaag” om fouten te beheren en de hybride quantum-klassieke werklast te orkestreren spectrum.ieee.org. Sterker nog, een krachtige nieuwe softwarestack kan “de sleutel zijn tot het doen van iets nuttigs” met een 4.000-qubit-processor, door foutencorrectie te verzorgen en taken te verdelen tussen de quantumhardware en klassieke co-processoren spectrum.ieee.org. Kortom, het ruwe aantal qubits is niet alles – hoe je die qubits gebruikt en aanstuurt is minstens zo belangrijk.

Sommige industrie-observatoren wijzen ook op het verschil tussen fysieke qubits en logische qubits. Een logische qubit is een foutgecorrigeerde qubit, feitelijk een cluster van vele fysieke qubits die samenwerken om te functioneren als één zeer betrouwbare qubit. Deskundigen schatten dat het kraken van moderne encryptie (zoals de 2048-bits RSA-sleutels die online beveiliging beschermen) ongeveer 4.000 foutgecorrigeerde logische qubits zou vereisen – wat in de praktijk miljoenen fysieke qubits kan betekenen, gezien de huidige overhead van foutcorrectie postquantum.com. Zoals een beveiligingsanalist het verwoordde: “4.000 logische qubits is niet hetzelfde als 4.000 daadwerkelijke qubits” – een volledig foutgecorrigeerde quantumcomputer met duizenden logische qubits is nog steeds een verre droom postquantum.com. IBM’s machine met meer dan 4.000 qubits zal ver verwijderd zijn van dat fouttolerante ideaal; het zal bestaan uit fysieke qubits die slimme foutmigratietechnieken vereisen om bruikbaar te zijn. Onderzoekers waarschuwen dan ook dat we niet moeten verwachten dat deze machine bijvoorbeeld internetencryptie zal kraken of elk onoplosbaar probleem van de ene op de andere dag zal oplossen.

Dat gezegd hebbende, IBM’s ambitieuze roadmap plaatst het wel voor op veel concurrenten in de race om het aantal qubits, en sommige experts prijzen de modulaire aanpak als een pragmatische manier om op te schalen. “Wij geloven dat klassieke middelen echt kunnen versterken wat je met quantum kunt doen en het maximale uit die quantumbron kunnen halen,” merkte Blake Johnson op, IBM’s Quantum Platform-leider, waarbij hij het belang benadrukte van samenwerking tussen quantum- en klassieke computers om deze grote systemen te benutten spectrum.ieee.org. Dit gevoel wordt breed gedeeld: de toekomst is “quantum-plus-klassiek” die samenwerken.

Concurrerende Visies: IBM vs. Google, IonQ en anderen

IBM staat niet alleen in de quantumrace, maar de strategie verschilt van die van andere grote spelers. Google bijvoorbeeld, richt zich minder op het aantal qubits op korte termijn en meer op het realiseren van een volledig foutgecorrigeerde quantumcomputer. Google’s routekaart is gericht op het realiseren van een bruikbare, foutgecorrigeerde quantumcomputer tegen 2029, en het bedrijf werkt gestaag aan het demonstreren van logische qubits en het verminderen van fouten, in plaats van te proberen records te breken qua aantal qubits thequantuminsider.com. (De huidige apparaten van Google, zoals de 72-qubit Bristlecone of nieuwere versies van de 53-qubit Sycamore, hebben veel minder qubits dan die van IBM, maar Google liet onlangs zien dat het verhogen van het aantal fysieke qubits in een logische qubit de foutkans kan verlagen, een veelbelovende stap richting schaalbaarheid thequantuminsider.com.) In publieke verklaringen geeft de leiding van Google een tijdlijn van 5–10 jaar aan voordat quantumcomputing echt impact zal hebben thequantuminsider.com. Dus terwijl IBM op volle kracht vooruitgaat richting een prototype met 4.000 qubits, speelt Google het lange spel om een volledig fouttolerante quantumcomputer te realiseren, zelfs als ze op korte termijn slechts tientallen qubits hebben.

Quantinuum (het bedrijf gevormd door Honeywell en Cambridge Quantum) is een andere zwaargewicht, maar volgt een ander technologisch pad: ionenval-qubits. Quantinuum jaagt niet direct op duizenden fysieke qubits – hun nieuwste ionenval-systeem heeft ongeveer 50–100 qubits met hoge betrouwbaarheid – maar ze hebben recordbrekende quantumvolume (een maat voor de totale capaciteit) aangetoond en zelfs 12 “logische” qubits gecreëerd via foutcorrectie in 2024 thequantuminsider.com. Quantinuum’s routekaart richt zich op volledig fouttolerant quantumcomputing tegen 2030, en het bedrijf legt de nadruk op het behalen van “drie negens” betrouwbaarheid (99,9% betrouwbaarheid) en doorbraken met logische qubits als tussenstappen thequantuminsider.com. Hun CEO, Rajeeb Hazra, stelt dat kwaliteit en vooruitgang in foutcorrectie een “biljoen-dollar-markt” voor quantum zullen ontsluiten, en beweert dat Quantinuum “de meest geloofwaardige routekaart van de industrie richting… fouttolerant quantumcomputing” heeft thequantuminsider.com. Samengevat: Quantinuum richt zich op het perfectioneren van de qubits en foutcorrectie, ook als dat nu minder qubits betekent – een contrast met IBM’s grote gok op opschalen en omgaan met ruis via mitigatie.

Een andere belangrijke concurrent, IonQ, gebruikt ook trapped-ion technologie en benadrukt eveneens de kwaliteit van qubits. De leiding van IonQ prijst vaak hun “algorithmic qubits” aan – een interne maatstaf die foutpercentages en connectiviteit meeneemt – in plaats van het pure aantal fysieke qubits thequantuminsider.com. De roadmap van IonQ mikt op “brede quantumvoorsprong tegen 2025,” maar dan door de prestaties van hun qubits gestaag te verbeteren en modulaire, rack-gemonteerde ionenvalsystemen te bouwen, niet door een specifiek hoog aantal qubits te halen thequantuminsider.com. Sterker nog, IonQ verwacht slechts enkele tientallen hoogwaardige qubits nodig te hebben om op bepaalde taken veel grotere, ruisgevoelige quantumcomputers te overtreffen. Voormalig CEO Peter Chapman voorspelde dat de technologie van IonQ “cruciaal zal zijn voor commercieel quantumvoordeel,” en benadrukte specifiek algorithmic qubits boven fysieke aantallen als de sleutel tot bruikbare toepassingen thequantuminsider.com. Deze filosofie onderstreept een debat in het veld: is quantum computing een “numbers game” (meer qubits sneller) of een “quality game” (betere qubits, ook al gaat opschalen langzamer)? IBM zet in op aantallen (met ook oog voor kwaliteit), terwijl IonQ duidelijk kiest voor kwaliteit eerst.

Dan is er nog Rigetti Computing, een kleinere speler met supergeleidende qubits. De roadmap van Rigetti heeft vertraging opgelopen – ze hoopten in 2024 1.000 qubits te bereiken via multi-chip modules, maar in de praktijk zitten hun systemen nog steeds in de tientallen qubits. Halverwege 2025 mikt Rigetti op een meer bescheiden 100+ qubit systeem tegen eind 2025 thequantuminsider.com, met onderweg focus op het verbeteren van de fideliteit en de prestaties van twee-qubit poorten. Het bedrijf heeft moeite om het tempo van IBM’s snelle opschaling bij te houden, wat illustreert hoe moeilijk het is voor nieuwkomers om te concurreren met IBM’s middelen en expertise op dit gebied. Toch dragen Rigetti en anderen bij aan innovatie (zo was Rigetti een pionier in vroege multi-chip integratietechnieken), en ze benadrukken dat IBM’s voorsprong niet onaantastbaar is als er fundamentele doorbraken komen (zoals betere qubitontwerpen of materialen).

Het is ook de moeite waard om D-Wave Systems in deze context te noemen. D-Wave, een Canadees bedrijf, heeft quantum-annealingmachines (een ander model van quantumcomputing) met tegenwoordig meer dan 5.000 qubits thequantuminsider.com. De qubits van D-Wave zijn echter ontworpen om optimalisatieproblemen op te lossen via annealing, niet voor algemene quantumalgoritmes. Ze bereiken hoge aantallen qubits door een gespecialiseerde architectuur, maar die qubits kunnen geen willekeurige quantumcircuits uitvoeren zoals de apparaten van IBM of Google dat kunnen. De CEO van D-Wave, Alan Baratz, heeft opgemerkt dat hun technologie nu al waarde oplevert in bepaalde toepassingen (zoals het optimaliseren van roosters in de detailhandel of routering in telecommunicatie) thequantuminsider.com. Het bestaan van een 5.000-qubit D-Wave-systeem herinnert ons eraan dat niet alle qubits gelijk zijn – de qubits van D-Wave zijn nuttig voor specifieke taken, maar niet direct vergelijkbaar met qubits van gate-based quantumcomputers. Het doel van IBM van meer dan 4.000 qubits verwijst naar universele, gate-based qubits, wat qua complexiteit en mogelijkheden een veel grotere uitdaging is.

Samengevat valt IBM op door agressief te schalen met supergeleidende qubit-hardware en te streven naar integratie met klassieke computers op korte termijn. Google richt zich op mijlpalen in foutcorrectie, Quantinuum en IonQ richten zich op qubit-fideliteit (met voorlopig minder qubits), en bedrijven als Rigetti volgen met kleinere apparaten. Elke aanpak heeft zijn voordelen. Als IBM slaagt, leggen ze de lat hoog qua qubitaantal en kunnen ze mogelijk sneller quantumvoordeel behalen bij nuttige taken. Maar als de qubits te veel ruis bevatten, kunnen die 4.000 qubits niet beter presteren dan de 100 uitstekende qubits van een concurrent. De komende paar jaar wordt een fascinerende race tussen verschillende filosofieën in quantumcomputing – en het is niet vanzelfsprekend dat meer qubits altijd wint, tenzij dit gepaard gaat met kwaliteit en slimme software.

Waarom 4.000 qubits? Potentiële toepassingen en uitdagingen

Wat zou een 4.000-qubit quantumcomputer daadwerkelijk kunnen doen, als hij werkt zoals bedoeld? Ter vergelijking: de quantumcomputers van vandaag (met tientallen of een paar honderd qubits) hebben nog niet duidelijk beter gepresteerd dan klassieke computers bij praktische problemen. IBM en anderen geloven dat we, door door te stoten naar duizenden qubits, het stadium bereiken waarin nuttig quantumvoordeel mogelijk wordt voor bepaalde klassen van problemen tomorrowdesk.com. Hier zijn enkele toepassingen en effecten die een 4.000-qubit systeem zou kunnen ontsluiten:

• Chemie en Materiaalkunde: Quantumcomputers zijn bij uitstek geschikt voor het simuleren van moleculaire en atomaire systemen. Zelfs de grootste klassieke supercomputers hebben moeite om het gedrag van complexe moleculen en chemische reacties exact te modelleren. IBM-onderzoekers wijzen erop dat “weinig vakgebieden zo snel waarde zullen halen uit quantumcomputing als de chemie,” omdat quantumcomputers van nature het quantumkarakter van chemische interacties aankunnen ibm.com. Een systeem met 4.000 qubits zou mogelijk middelgrote moleculen of nieuwe materialen met hoge nauwkeurigheid kunnen simuleren – wat helpt bij medicijnontwikkeling, de ontwikkeling van nieuwe materialen (voor batterijen, kunstmest, supergeleiders, enz.), en het begrijpen van complexe chemische processen. Dit zijn problemen waarbij klassieke methoden vastlopen door exponentiële complexiteit. IBM verwacht dat quantumcomputers tegen 2025 zullen beginnen met het verkennen van nuttige toepassingen in natuurwetenschappen zoals chemie ibm.com.
• Optimalisatie en Financiën: Veel problemen in de echte wereld – van logistiek in de toeleveringsketen tot portefeuille-optimalisatie – draaien om het vinden van de beste oplossing uit astronomisch veel mogelijkheden. Quantumcomputers, met algoritmen zoals QAOA of quantum annealing-technieken, bieden nieuwe manieren om bepaalde optimalisatieproblemen aan te pakken. Een machine met duizenden qubits zou grotere probleemgevallen aankunnen of nauwkeurigere oplossingen kunnen leveren dan huidige apparaten. De CEO van IBM, Arvind Krishna, heeft gesuggereerd dat quantumcomputing nieuwe algoritmen voor optimalisatie mogelijk zal maken die bedrijven kunnen benutten, en mogelijk een belangrijk onderscheidend vermogen worden voor sectoren als financiën, energie en productie thequantuminsider.com. Een systeem met 4.000 qubits zou bijvoorbeeld complexe risicoanalyses of routeringsproblemen kunnen aanpakken die klassieke algoritmen niet binnen redelijke tijd kunnen oplossen.
• Machine Learning en AI: Er is groeiend onderzoek naar quantum machine learning, waarbij quantumcomputers mogelijk bepaalde soorten machine learning-taken kunnen versnellen of nieuwe modelleringsmogelijkheden bieden. Met duizenden qubits zouden quantumcomputers quantum neurale netwerkmodellen kunnen implementeren of snellere lineaire algebra-subroutines uitvoeren die ten grondslag liggen aan ML-algoritmen. IBM ziet machine learning specifiek als een testcase voor quantumtoepassingen – en verwacht dat quantumcomputers tegen 2025 zullen worden ingezet om machine learning-toepassingen te verkennen naast klassieke ML, mogelijk met verbeteringen in patroonherkenning in data of het optimaliseren van ML-modellen ibm.com. Een praktisch voorbeeld zou quantumversnelde featureselectie of clustering op complexe datasets kunnen zijn, wat versneld kan worden door quantumsubroutines.
• Wetenschappelijk onderzoek en “Grand Challenges”: Buiten de gerichte industrieën zou een kwantumsupercomputer met 4.000 qubits een zegen zijn voor de fundamentele wetenschap. Hij zou gebruikt kunnen worden om scenario’s uit de hoge-energiefysica te simuleren, ontwerpen voor kwantummaterialen te optimaliseren, of zelfs vragen in de cryptografie en wiskunde te onderzoeken. IBM heeft de natuurwetenschappen in brede zin genoemd – bijvoorbeeld, problemen in de fysica of biologie die momenteel onoplosbaar zijn, zouden kunnen bezwijken voor een hybride kwantumaanpak ibm.com. Denk aan het ontwerpen van katalysatoren voor CO2-afvang, of het analyseren van kwantumsystemen in de kernfysica – dit zijn uiterst complexe berekeningen waarbij een kwantumcomputer mogelijk nieuwe inzichten kan bieden. Onderzoekers van IBM zelf hebben gewezen op toepassingen in chemie, optimalisatie en machine learning als vroege doelen voor kwantumvoordeel ibm.com.

Dat is de glanzende belofte – maar hoe zit het met de uitdagingen? Een kwantumcomputer met 4.000 qubits zal serieuze obstakels tegenkomen:

• Ruis en foutpercentages: De qubits van vandaag zijn foutgevoelig; ze decohereren (verliezen hun kwantumtoestand) binnen microseconden en bewerkingen (“poorten”) tussen qubits zijn niet perfect. Met slechts 50-100 qubits kunnen kwantumalgoritmen maar een zeer korte reeks bewerkingen uitvoeren voordat fouten het resultaat overheersen. Als je duizenden qubits hebt, vermenigvuldigt de uitdaging van ruis. Sterker nog, het verbinden van drie chips (zoals IBM van plan is) kan zelfs meer fouten introduceren vanwege iets tragere, minder betrouwbare bewerkingen tussen chips ibm.com. IBM erkent dit en ontwikkelt de software van System Two om “bewust” te zijn van de architectuur – bijvoorbeeld door kritieke bewerkingen op dezelfde chip te plannen en de tragere bewerkingen tussen chips zorgvuldig te beheren ibm.com. Zonder foutcorrectie (die in 2025 nog niet volledig beschikbaar zal zijn), zal IBM vertrouwen op foutmitigatie: slimme trucs om de impact van fouten te verminderen. Dit omvat technieken zoals probabilistische foutcompensatie, waarbij je opzettelijk extra ruis introduceert om meer te leren over de ruis en vervolgens klassiek de resultaten nabewerkt om fouten te compenseren spectrum.ieee.org. Deze methoden zijn computationeel duur en niet perfect, maar onderzoek van IBM suggereert dat sommige kunnen opschalen naar apparaten van dit formaat spectrum.ieee.org. Toch blijft het beheersen van ruis het centrale probleem – het is de reden dat kwantumcomputers nog geen echte problemen uit de praktijk hebben opgelost, en een machine met 4.000 qubits zal alleen slagen als IBM de fouten voldoende kan beperken om diepe berekeningen uit te voeren.
• Foutcorrectie & Logische Qubits: De langetermijnoplossing voor ruis is quantumfoutcorrectie (QEC), waarbij veel fysieke qubits worden gegroepeerd tot één logische qubit die fouten kan overleven. IBM’s 4.000-qubit-systeem zal waarschijnlijk nog steeds opereren in het “NISQ”-regime (Noisy Intermediate-Scale Quantum), wat betekent dat er nog geen grootschalige foutcorrectie is – er zullen simpelweg niet genoeg qubits zijn om alle 4.000 volledig te corrigeren. (Ter vergelijking: het omzetten van zelfs een paar duizend fysieke qubits in een handvol logische qubits kan de hele machine in beslag nemen.) IBM legt echter wel de basis voor foutcorrectie. Het bedrijf doet actief onderzoek naar nieuwe QEC-codes (bijvoorbeeld een quantum LDPC-code die qubit-efficiënter is dan traditionele oppervlaktecodes) en snelle foutdecoders thequantuminsider.com. Sterker nog, IBM heeft onlangs zijn roadmap verlengd tot 2033, waarbij expliciet prioriteit wordt gegeven aan verbeteringen in poortkwaliteit en de ontwikkeling van foutgecorrigeerde modules na 2025 newsroom.ibm.com. De 4.000-qubit-supercomputer kan worden gezien als een brug: hij is bedoeld om groot genoeg te zijn om enkele nuttige dingen te doen met foutmitigatie, terwijl IBM leert hoe gedeeltelijke foutcorrectie op schaal kan worden geïmplementeerd. IBM heeft zelfs een plan aangekondigd voor een prototype fouttolerante quantumcomputer tegen 2029 hpcwire.com, wat aangeeft dat foutcorrectie zeer zeker op hun agenda staat zodra de mijlpaal van 4.000 qubits is bereikt. Toch zal het bereiken van volledig foutgecorrigeerde (logische) qubits een orde van grootte meer qubits of een veel betere qubitfideliteit vereisen – waarschijnlijk een combinatie van beide.
• Software en ontwikkelaarstools: Zelfs als je een kwantummachine met 4.000 qubits hebt, heb je software nodig die deze effectief kan gebruiken. Kwantumalgoritmen moeten op deze complexe multi-chip hardware worden gemapt. IBM pakt dit aan met tools zoals Qiskit Runtime en Quantum Serverless-architectuur. Hiermee kan een gebruiker een probleem opdelen in kleinere kwantumcircuits, deze parallel uitvoeren op verschillende kwantumchips, en de resultaten samenvoegen met klassieke verwerking ibm.com. Bijvoorbeeld, “circuit knitting” is zo’n techniek die IBM benadrukt – een groot circuit opdelen in stukken die op kleinere processors passen, en de resultaten vervolgens klassiek combineren ibm.com. Tegen 2025 is het de bedoeling van IBM om functies zoals dynamische circuits (waarbij meetresultaten toekomstige bewerkingen in real-time kunnen beïnvloeden) en ingebouwde foutonderdrukking op hun cloudplatform te laten draaien ibm.com. De uitdaging zal zijn om dit alles ontwikkelaarsvriendelijk te maken. IBM wil kwantumcomputing toegankelijk maken zodat datascientists en domeinexperts (niet alleen kwantum-PhD’s) die 4.000 qubits kunnen benutten ibm.com. Het bereiken van een goede abstractie – waarbij een gebruiker bijvoorbeeld een hoog-niveau functie kan aanroepen om een molecuul te simuleren en het systeem uitzoekt hoe het 4.000 qubits daarvoor inzet – zal cruciaal zijn voor praktische bruikbaarheid. IBM’s aanpak hierbij is het concept van quantum middleware en een “app store” van kwantumprimitieven: vooraf gebouwde functies voor veelvoorkomende taken zoals het samplen van kansverdelingen of het schatten van eigenschappen van systemen ibm.com. Als dit lukt, hoeft een chemicus in 2025 misschien de details van de hardware niet te kennen; hij of zij kan gewoon IBM’s software gebruiken om de kracht van 4.000 qubits te benutten voor hun simulatie.
• Fysieke infrastructuur: Opschalen naar duizenden qubits is niet alleen een computationele uitdaging, maar een engineeringmarathon. Quantumprocessoren moeten worden gekoeld tot millikelvin-temperaturen – kouder dan de ruimte. IBM moest een nieuwe verdunningskoelkast ontwerpen (IBM Quantum System Two) die groter en meer modulair is dan de vorige om meerdere chips en al hun besturingsbedrading te kunnen huisvesten techmonitor.ai. De koelkast, elektronica en bekabeling worden steeds complexer naarmate je meer qubits toevoegt. Duizenden qubits betekenen duizenden microgolfbesturingslijnen, geavanceerde filtering om te voorkomen dat warmte en ruis bij de qubits komen, en enorme datastromen van qubit-uitlezingen. Ingenieurs van IBM hebben de complexiteit van het opschalen van quantumsystemen vergeleken met die van vroege supercomputers of ruimtemissies. Tegen 2025 verwacht IBM “de belangrijkste grenzen voor opschaling te hebben weggenomen” via modulaire hardware en bijbehorende besturingselektronica ibm.com – maar het is het vermelden waard dat IBM die grenzen nu pas bereikt. De System Two in New York is in wezen een prototype om dergelijke complexiteit te beheren newsroom.ibm.com. IBM installeert tegen 2025 ook een System Two in Europa (in samenwerking met de Baskische overheid in Spanje) tomorrowdesk.com, waarmee getest wordt hoe deze geavanceerde infrastructuur buiten IBM’s eigen lab kan worden gerepliceerd. Het succes van deze implementaties zal een belangrijk bewijs zijn dat de leidingen en bedrading van een quantum-supercomputer betrouwbaar en onderhoudbaar kunnen worden gemaakt.

Gezien deze uitdagingen temperen experts de hype door op te merken dat een 4.000-qubit IBM-machine waarschijnlijk een zeer gespecialiseerd instrument zal zijn. Het zou klassieke supercomputers kunnen overtreffen op specifieke problemen (quantumchemiesimulaties, bepaalde optimalisaties of machine learning-taken zoals genoemd), en quantumvoordeel of zelfs een glimp van quantumsuprematie in nuttige contexten kunnen bereiken. Het zal echter klassieke computers niet direct overbodig maken. Sterker nog, voor veel taken zullen klassieke supercomputers en GPU’s nog steeds sneller of praktischer zijn. IBM’s eigen roadmap erkent deze synergie: de quantum-supercomputer is bedoeld om samen te werken met klassieke HPC, waarbij ieder doet waar het het beste in is tomorrowdesk.com. We moeten het 4.000-qubit systeem dus zien als een van de eerste echte “quantumversnellers” – iets dat je naast klassieke computers gebruikt om die echt moeilijke problemen aan te pakken die klassieke machines alleen niet kunnen oplossen. Het is een belangrijke stap richting de ultieme droom van fouttolerant quantumcomputing, maar het is niet de eindbestemming.

De weg vooruit: IBM’s Quantum Roadmap na 2025

IBM’s supercomputer met meer dan 4.000 qubits is een belangrijke mijlpaal, maar het is onderdeel van een langere routekaart die doorloopt tot in de jaren 2030. IBM heeft publiekelijk verklaard dat ze tegen 2025, met deze kwantumgerichte supercomputer operationeel, “enkele van de grootste obstakels voor het opschalen van kwantumhardware hebben weggenomen” ibm.com. Maar de ontwikkeling stopt daar niet. In 2025 en daarna zal IBM’s focus zich steeds meer verleggen naar opschalen met kwaliteit – het verbeteren van qubit-fideliteit, foutcorrectie en de complexiteit van circuits die kunnen worden uitgevoerd.

Sterker nog, eind 2023 heeft IBM zijn Quantum Development Roadmap geüpdatet tot en met 2033. Een belangrijk doel: rond 2026–2027 foutgecorrigeerde kwantumoperaties introduceren op hun systemen, op weg naar “geavanceerde foutgecorrigeerde systemen” later in het decennium newsroom.ibm.com. IBM geeft prioriteit aan verbeteringen in poortfideliteit (het verlagen van foutpercentages) zodat grotere kwantumcircuits (met duizenden bewerkingen) mogelijk worden newsroom.ibm.com. Dit suggereert dat IBM, na het behalen van de qubit-mijlpaal, zich zal richten op het verbeteren van elke qubit en het geleidelijk integreren van foutcorrectie. Een concreet voorbeeld is IBM’s werk aan nieuwe foutcorrigerende codes zoals Quantum LDPC-codes en snellere decodeeralgoritmen, die fouten efficiënter moeten afhandelen dan de huidige surface codes thequantuminsider.com. Er wordt ook gesproken over een IBM-processor met de codenaam “Loon” rond 2025, bedoeld om componenten van een foutgecorrigeerde architectuur te testen (zoals modules om qubits te verbinden voor een specifieke QEC-code) hpcwire.com. Tegen 2029 streeft IBM ernaar een demonstrabel fouttolerant kwantumprototype te bouwen, in lijn met concurrenten zoals Google voor dat ultieme doelhpcwire.com.

Aan de hardwarekant zal IBM waarschijnlijk zijn vogelthema-processorlijn voortzetten na Kookaburra. De roadmap na 2025 is niet volledig openbaar, maar IBM heeft gehint op het verkennen van nog grotere multi-chip systemen en misschien hybride technologieën. Zo omvat IBM’s visie van een kwantumcentrische supercomputer uiteindelijk kwantumcommunicatielinks die clusters van chips kunnen verbinden over afstand, niet alleen in dezelfde koelkast newsroom.ibm.com. We zouden kunnen zien dat IBM glasvezel-interconnects of andere methoden gebruikt om kwantumprocessors in verschillende cryostaten te koppelen – vergelijkbaar met een kwantum-lokaal netwerk. Dit zou op de lange termijn leiden tot tien- tot honderdduizenden of zelfs miljoenen qubits, waarvan IBM erkent dat die nodig zullen zijn om de moeilijkste problemen op te lossen (en volledige foutcorrectie uit te voeren) newsroom.ibm.com, insidehpc.com. In IBM’s eigen woorden zou hun modulaire en netwerkgerichte aanpak het mogelijk moeten maken om op te schalen naar “honderdduizenden qubits” in de loop der tijd newsroom.ibm.com. Het 4.000-qubit systeem is in wezen de eerste implementatie van een kwantum-supercomputerarchitectuur die kan groeien door meer modules te koppelen.

IBM’s bredere roadmap omvat ook het laten groeien van het kwantumecosysteem. Het bedrijf investeert in onderwijs, partnerschappen en cloudtoegankelijkheid, zodat er tegen de tijd dat de hardware klaar is, een gemeenschap klaarstaat om deze te gebruiken. Zo is IBM een samenwerking aangegaan met nationale laboratoria, universiteiten en zelfs regionale overheden (zoals in Japan, Korea, Duitsland en Spanje) om kwantumsystemen te hosten en lokale ontwikkeling te stimuleren. Het plan om Europa’s eerste IBM Quantum System Two in Spanje te implementeren tegen 2025 tomorrowdesk.com maakt deel uit van die strategie – meer mensen direct laten werken met geavanceerde kwantumhardware. De leiding van IBM voorspelt dat kwantumcomputing een belangrijk zakelijk onderscheidend vermogen zal worden in de komende jaren thequantuminsider.com, en ze willen in het centrum staan van die opkomende kwantumeconomie.

Concluderend vertegenwoordigt IBM’s quantum-supercomputerproject met meer dan 4.000 qubits een historische sprong in schaal voor quantumcomputing. Als het slaagt, zal het de overgang markeren van geïsoleerde, experimentele quantumprocessors naar netwerk quantum systemen die de drempel van praktische bruikbaarheid naderen. Deze onderneming bevindt zich op het snijvlak van geavanceerde natuurkunde, engineering en informatica. Het is net zo goed een softwareprestatie als een hardwareprestatie, en vereist nieuwe manieren om een geheel nieuw soort supercomputer te beheren en te programmeren. De wereld kijkt aandachtig toe – niet alleen vanwege het recordaantal qubits, maar ook om te zien of IBM nuttige uitkomsten kan demonstreren met deze machine die de capaciteiten van klassieke computers overtreffen.

Midden 2025 staat IBM op het punt van deze prestatie: het hardwareontwerp is grotendeels afgerond, de eerste prototypes draaien, en het bedrijf racet om alles te integreren tot een functionerende supercomputer. Succes is niet gegarandeerd, maar de voortgang en het momentum tot nu toe zijn onmiskenbaar. Zelfs concurrenten en sceptici zullen toegeven dat IBM het vakgebied aanzienlijk vooruit heeft geholpen. Terwijl we wachten op de volledige introductie van IBM’s quantum-supercomputer, is één ding duidelijk – we betreden een nieuw hoofdstuk in het computertijdperk. Zoals IBM zelf verklaarde, staat de komende quantumgerichte supercomputer op het punt om “een essentiële technologie te worden voor degenen die de moeilijkste problemen oplossen, degenen die het meest baanbrekende onderzoek doen, en degenen die de meest geavanceerde technologie ontwikkelen” insidehpc.com.

De komende jaren zullen uitwijzen of die belofte wordt waargemaakt, maar als IBM’s gok slaagt, zouden 4.000 qubits daadwerkelijk computing voor altijd kunnen veranderen – de deur openend naar oplossingen voor problemen die we ooit voor onmogelijk hielden, en het begin inluidend van het quantumcomputertijdperk.

Bronnen:

• IBM Newsroom: IBM Quantum roadmap en plannen voor een systeem met meer dan 4.000 qubits newsroom.ibm.com
• IBM Research Blog: Quantum roadmap update voor quantumgerichte supercomputing (2024) ibm.com
• IBM Quantum Summit 2023 Persbericht newsroom.ibm.com
• TechMonitor: IBM onthult quantum-supercomputer die in 2025 mogelijk 4.000 qubits bereikt techmonitor.ai
• IEEE Spectrum: IBM’s Doel: een 4.000-qubit processor tegen 2025 (analyse van roadmap en uitdagingen) spectrum.ieee.org
• InsideHPC: IBM op Think 2022 – quantum-centrische supercomputervisies insidehpc.com
• The Quantum Insider: Quantum computing-roadmaps van grote spelers (IBM, Google, IonQ, enz.) thequantuminsider.com
• TomorrowDesk: Overzicht van IBM’s quantum-supercomputer doel voor 2025 en modulaire ontwerp tomorrowdesk.com
• Post-Quantum (industrieblog): Over het aantal qubits nodig om RSA-2048-encryptie te kraken postquantum.com
• TechMonitor: Citaten van IBM’s Dr. Darío Gil en IBM Quantum Network-statistieken techmonitor.ai