Löftet från IBM: snart är den första funktionella kvantdatorn byggd

Datorn som ska realisera denna milstolpe kallas Starling och den ingår i IBM:s uppdaterade färdplan för kvantdatorer, som sträcker sig till 2033. Företaget har publicerat färdplaner i ett antal år, men den här gången sker det med ett, i de här sammanhangen, osedvanligt mått av självförtroende. 

Kvantdatorer är enligt IBM inget vetenskapligt problem längre, nu är det enbart ingenjörskonst som återstår. Till skillnad från konkurrenter som Microsoft, Google och Quantinuum är IBM, anser de åtminstone själva, ”den enda kvantdatororganisationen som är förmögen att köra kvantapplikationer på en skala med hundratals logiska kvantbitar och miljontals kvantgrindar vid slutet av det här årtiondet”. 

Starling förväntas kunna köra 100 miljoner beräkningar utan fel på 200 logiska kvantbitar. Det sägs vara 20 000 gånger fler beräkningar än dagens kvantdatorer mäktar med. Fyra år senare, 2033, ska IBM släppa Blue Jay som ska vara förmögen att utföra 1 miljard kvantberäkningar med hjälp av 2 000 logiska kvantbitar. 

Både Starling och Blue Jay är tänkta att användas för tillämpningar inom läkemedelsutveckling, materialvetenskap, kemi och optimering.

Två genombrott

Det är framför allt två nya framsteg som ligger bakom IBM:s storslagna planer. 

En av de stora utmaningarna med kvantdatorer är att kvantbitar (motsvarigheten till klassiska datorers bitar) är extremt känsliga för störningar. För att hantera det används det vi nämnt ovan som logiska kvantbitar – där många fysiska kvantbitar (IBM använder supraledande elektronik som hårdvara) samarbetar för att hålla kvantberäkningarna stabila.

Men ju fler fysiska kvantbitar som krävs för en enda logisk kvantbit, desto större och dyrare blir datorn. Det är opraktiskt om framtidens kvantdatorer ska tillverkas i industriell skala och ta plats i morgondagens datacenter. 

Effektivare felkorrigering

IBM:s första genombrott är en ny felkorrigeringskod som kallas qLDPC (quantum low-density parity check), som organiserar de fysiska kvantbitarna på ett effektivare sätt än tidigare. Med äldre metoder har det ofta krävts tusentals fysiska kvantbitar för att stabilisera en logisk kvantbit. Med qLDPC krävs bara en tiondel så många. IBM beskriver två varianter av sin qLDPC-kod: en där 12 logiska kvantbitar stabiliseras med 144 fysiska kvantbitar, och en robustare version som kräver 288 fysiska kvantbitar men samtidigt kan hantera fler fel. 

Det här har emellertid ställt nya krav på själva hårdvaran. Om felkorringeringskoden ska fungera krävs att vissa kvantbitar inte bara kopplas till sina närmaste grannar, utan också till mer avlägsna kvantbitar på chipet. För att förverkliga dessa kopplingar i praktiken har IBM utvecklat ny chipdesign med flera ledningslager och vertikala förbindelser genom chipet. 

Den här arkitekturen ska först demonstreras i kvantprocessorn Loon som förväntas vara klar senare i år. Ytterligare två processorer, Kookaburra och Cockatoo, ska släppas innan det blir dags för Starling 2029.

Ny algoritm

Att designa själva kodstrukturen är dock bara halva jobbet. För att använda den i praktiken måste systemet också snabbt kunna analysera de mätdata som koden genererar, och avgöra var felen har uppstått. 

Det är här IBM:s andra genombrott gör entré: en ny algoritm som döpts till Relay-BP. Den tar itu med ett av de praktiska hindren för qLDPC. 

När en kvantdator upptäcker fel skapas det som kallas syndromdata – ”ledtrådar” om var felen kan ha uppstått. Samtidigt används en klassisk dator för att tolka den informationen så att felen kan rättas. 

Det här kan låta onödigt krångligt, men det är nödvändigt eftersom man inte kan läsa av själva kvantbitarna utan att förstöra deras kvantmekaniska tillstånd. Med syndromdata går det dock att indirekt visa huruvida fel har uppstått. 

Relay-BP är den första algoritm som kan göra detta tillräckligt snabbt och effektivt för att felkorrigera qLDPC-koden i realtid.

”Paradigmskifte”

– IBM har varit väldigt bra på att sätta ambitiösa färdplaner och de har gjort en del fantastiska saker. De ligger bakom en hel hoper innovationer och förbättringar, men det här är ett riktigt paradigmskifte, säger Stephan Bartlett på University of Sydney, till tidskriften New Scientist. 

Helt uppenbart har IBM den senaste tiden känt historiens vingslag. Starling ska byggas i IBM Poughkeepsie Lab, beläget två timmars bilfärd norr om New York. Det var i Poughkeepsie som IBM tillverkade 701, företagets första kommersiella dator, och en rad andra stordatorer på 1950- och 1960-talet. 

läs mer

De skickade kvantsäkra meddelanden 254 km – via ett vanligt fibernät

Kinesiska rekordprocessorn var svensk: ”Tråkigt och etiskt fel”

Microsoft: ”Vi har hittat en väg mot en miljon kvantbitar”