IBM Quantum Computing 2025-2029: Der Wettlauf zum fehlertoleranten Quantenvorteil
Zusammenfassung
IBM steht an der Spitze einer Quantencomputer-Revolution, die die Art und Weise, wie wir an rechnerische Herausforderungen herangehen, grundlegend zu verändern verspricht. wie wir an rechnerische Herausforderungen herangehen. Mit der jüngsten Vorstellung des IBM Quantum Nighthawk-Prozessors und einer und einer umfassenden Roadmap, die bis 2029 reicht, hat das Unternehmen einen ehrgeizigen Weg von den heutigen Quantum-Utility Demonstrationen bis hin zu fehlertoleranten Quantencomputern, die Schaltkreise mit 100 Millionen Gattern ausführen können.
Dieser Weg umfasst bahnbrechende Hardware-Innovationen, revolutionäre Software-Entwicklungen durch Qiskit, strategische Partnerschaften mit Branchenführern wie Cisco und den Aufbau fortschrittlicher Fertigungskapazitäten Fertigungskapazitäten, die IBM als klaren Marktführer im Rennen um den Quantenvorteil positionieren.
Die Anfänge des Quantenvorteils
Die Quantencomputerlandschaft hat einen entscheidenden Moment erreicht. IBM-Forscher und ihre weltweiten Partner zeigen jetzt demonstrieren jetzt Quantenschaltungen, die die Fähigkeiten klassischer Supercomputer in Frage stellen und den Beginn dessen markieren Dies markiert den Beginn dessen, was Experten die "Ära der Quantenvorteile" nennen. [1]
Auf der jüngsten Quantenentwicklerkonferenz stellte IBM drei verschiedene Kandidaten für Quantenexperimente vor. vor, die sich auf beobachtbare Schätzungen, Variationsalgorithmen und Probleme mit effizienter klassischer Verifizierung. Um eine strenge Validierung dieser Fortschritte zu gewährleisten, hat IBM eine Partnerschaft mit Algorithmiq, Forschern des Forscher des Flatiron Institute und BlueQubit zusammengetan, um einen offenen, von der Gemeinschaft geführten Tracker für Quantenvorteile zu starten.
"Wir glauben, dass IBM das einzige Unternehmen ist, das in der Lage ist, schnell Quantensoftware zu entwickeln und zu skalieren, Hardware, Fertigung und Fehlerkorrektur zu entwickeln und zu skalieren, um transformative Anwendungen zu erschließen", sagte Jay Gambetta, Direktor von IBM Research und IBM Fellow. [1]
IBM Quantum Nighthawk: Architektur zum Vorteil
Der IBM Quantum Nighthawk Prozessor stellt einen Paradigmenwechsel in der Entwicklung von Quantenarchitekturen dar. Basierend auf einer 120-Qubit-Quadrat-Gittertopologie aufbaut, verfügt Nighthawk über 218 abstimmbare Koppler der nächsten Generation - eine deutliche Steigerung gegenüber den 176 Kopplern des IBM Quantum Heron. [2]
Diese verbesserte Konnektivität ermöglicht Schaltungen mit 30% größerer Komplexität als frühere IBM-Prozessoren, während Gleichzeitig werden die niedrigen Fehlerraten beibehalten, die für Quantenvorteilsanwendungen unerlässlich sind. Das quadratische Gitterdesign gewährleistet dass jedes Qubit direkt mit vier nächsten Nachbarn verbunden ist, im Vergleich zu den zwei oder drei Verbindungen, die bei in schweren Hex-Gitter-Designs.
Technische Daten
| Merkmal | IBM Quantenheron | IBM Quantum Nighthawk |
|---|---|---|
| Qubits | 133 | 120 |
| Topologie | Schweres Hex | Quadratisches Gitter |
| Kupplungen | 176 | 218 |
| Toranzahl | 5,000 | 5.000+ (Skalierung auf 15.000) |
| Komplexität der Schaltung | Basislinie | 30% komplexer |
Die Nighthawk-Roadmap geht über die anfängliche Kapazität von 5.000 Gates im Jahr 2025 hinaus. IBM geht davon aus, dass die Gatter bis Ende 2026 7.500 Gatter, 2027 10.000 Gatter und schließlich 15.000 Zwei-Qubit-Gatter bis 2028 erreichen. In Kombination mit L-Kopplern für die Verbindung zwischen den Modulen könnten Nighthawk-basierte Systeme über 1.000 verbundene Qubits unterstützen.
IBM Quantum Loon: Blaupause für Fehlertoleranz
Parallel zur Nighthawk-Entwicklungsphase dient IBM Quantum Loon als experimenteller Proof-of-Concept-Prozessor, der alle kritischen Komponenten demonstriert, die für fehlertolerantes Quantencomputing Quantencomputing (FTQC) benötigt werden. Dieser 112-Qubit-Prozessor validiert die architektonischen Grundlagen, die für die Quanten Low-Density-Paritätsprüfungscodes (qLDPC) erforderlich sind. [3]
Loon umfasst mehrere bahnbrechende Technologien, darunter C-Koppler, die Verbindungen mit großer Reichweite zwischen weit voneinander entfernten Qubits innerhalb desselben Chips, mehrere hochwertige Routing-Schichten und die Möglichkeit, Qubits zurückzusetzen die für Fehlerkorrekturprotokolle unerlässlich sind. Diese Innovationen bilden die technische Grundlage für IBMs bivariate Fahrrad-Codes, die den physikalischen Qubit-Overhead im Vergleich zu Oberflächen-Codes um bis zu 90% reduzieren.
Die fehlertolerante Roadmap zu Starling
Experimenteller Prozessor zur Demonstration von C-Kopplern, qLDPC-Architektur und allen wichtigen FTQC-Komponenten. Abgeschlossene Herstellung und Montage bis Jahresende.
Erste quantum ai Prozessormodul, das in der Lage ist, Informationen im qLDPC-Speicher zu speichern und mit der angeschlossenen logischen Verarbeitungseinheit (LPU).
Demonstration der Verschränkung zwischen qLDPC-Modulen mit Hilfe von Universaladaptern, die Quantenberechnungen mit mehreren Modulen ermöglichen Berechnungen.
Integration der Injektion des magischen Zustands in mehrere Module zur Demonstration universeller fehlertoleranter Quantencomputer Fähigkeiten des Quantencomputers.
Fehlertoleranter Quantencomputer in vollem Umfang mit 200 logischen Qubits, der 100 Millionen Quantengatter ausführen kann Gatter ausführen kann.
Das Starling-System stellt den Höhepunkt der IBM-Forschung im Bereich des fehlertoleranten Quantencomputers dar. Basierend auf den bivariaten Fahrradcodes, die in Nature veröffentlicht wurden, wird Starling eine modulare eine modulare Architektur mit logischen Verarbeitungseinheiten und universellen Adaptern implementieren, um eine noch nie dagewesene Rechenskala zu erreichen. [4]
Qiskit Evolution: Software für Quantenvorteile
Hardware-Fortschritte allein können keinen Quantenvorteil bringen - sie müssen mit ebenso ausgefeilten Software-Funktionen gepaart werden. Software-Fähigkeiten. Das quelloffene Qiskit SDK von IBM setzt weiterhin den Standard für die Quantenprogrammierung, wobei Version 2.2 bietet Leistungsverbesserungen, die konkurrierende Plattformen in den Schatten stellen.
Jüngste Benchmarks zeigen, dass Qiskit SDK v2.2 Quantenschaltungen 83 Mal schneller umsetzt als alternative Frameworks wie Tket 2.6.0. Dieser Leistungsvorteil wird entscheidend, wenn es um die komplexen Schaltungen geht Schaltungen, die für Anwendungen mit Quantenvorteilen erforderlich sind. [5]
Wichtige Software-Innovationen
C-API und HPC-Integration: Qiskit v2.x führt eine C-API ein, die eine native Integration in Hochleistungs-Computing-Umgebungen ermöglicht. Die neue C++-Schnittstelle ermöglicht die effiziente Ausführung klassischer Quanten-Workloads über verteilte Recheninfrastrukturen effizient ausgeführt werden.
Dynamische Schaltkreise im Maßstab: Fortgeschrittene Schaltkreiskommentare ermöglichen dynamische Schaltkreise im Nutzmaßstab die klassische Operationen während der Quantenausführung enthalten. Diese Fähigkeit liefert bis zu 25% genauere Ergebnisse und reduziert die Anforderungen an Zwei-Qubit-Gatter um 58%.
Erweiterte Fehlerbegrenzung: Neue Werkzeuge wie Samplomatic und das Executor Primitive ermöglichen ausgefeilte Techniken zur Fehlerbegrenzung, die den Aufwand für die Probenahme im Vergleich zu standardmäßigen probabilistischen Fehlerkorrekturmethoden. [6]
IBM-Cisco-Partnerschaft: Vernetzung von Quantencomputern
Im November 2025 gaben IBM und Cisco eine bahnbrechende Zusammenarbeit zur Entwicklung vernetzter, verteilter Quantencomputing-Fähigkeiten zu entwickeln. Diese Partnerschaft zielt darauf ab, mehrere große, fehlertolerante Quantencomputer Quantencomputer bis Anfang der 2030er Jahre zu einem einheitlichen Computernetz zu verbinden. [7]
Die Zusammenarbeit befasst sich mit einer der größten Herausforderungen bei der Skalierung von Quantencomputern: Wie kann man eine Rechenleistung erreichen, die über die Möglichkeiten einzelner Rechenleistung zu erreichen, die über das hinausgeht, was einzelne Quantensysteme leisten können. Durch die Vernetzung von Quantencomputern, werden Probleme, die Billionen von Quantengattern erfordern, theoretisch machbar.
Technische Architektur
Quantum Networking Unit (QNU): IBM wird spezielle Schnittstellen entwickeln, die die stationäre Quanteninformation innerhalb von Quantenverarbeitungseinheiten (QPUs) in "fliegende" Quanteninformation umwandeln, die über über Netzwerkverbindungen übertragen werden kann.
Mikrowellen-optische Wandler: Diese Geräte werden die Übertragung von Quantenzuständen über längere über größere Entfernungen ermöglichen, wodurch Quantencomputer über verschiedene Gebäude oder Rechenzentren hinweg verbunden werden könnten.
Netzwerk-Intelligenz: Ciscos Quanten-Networking-Framework wird Netzwerkpfade dynamisch rekonfigurieren Netzwerkpfade neu konfigurieren und Verschränkungsressourcen nach Bedarf verteilen, um komplexe Quantenalgorithmen zu unterstützen.
Die Partnerschaft zielt darauf ab, bis 2030 einen ersten Konzeptnachweis zu erbringen, mit dem Endziel bis Ende der 2030er Jahre die grundlegenden Technologien für ein Quanteninternet zu schaffen.
300-mm-Fertigung: Herstellung im Maßstab
Der Übergang von IBM zur Herstellung von 300-mm-Wafern im Albany NanoTech Complex stellt eine grundlegende Veränderung der Quantenprozessor-Fertigungskapazitäten dar. Diese fortschrittliche Anlage ermöglicht es IBM, die Forschungs- und Entwicklungsgeschwindigkeit zu verdoppeln und gleichzeitig die Komplexität der Chips um das Zehnfache zu erhöhen. [8]
Der 300-mm-Fertigungsprozess vereint modernste Halbleiterwerkzeuge mit der Quantenkompetenz von IBM, Dadurch können mehrere Design-Iterationen parallel durchgeführt werden. Dieser Ansatz hat bereits die Entwicklungszeit von Prozessoren Entwicklungszeit um mindestens die Hälfte reduziert und gleichzeitig die komplexen Architekturen unterstützt, die für fehlertolerante Quantencomputer erforderlich sind.
RelayBP-Decoder: Fehlerkorrektur in Echtzeit
Fehlertolerante Quanteninformatik erfordert Echtzeit-Fehlerkorrekturfunktionen, die Syndrominformationen schneller dekodieren können Informationen schneller dekodieren können, als sich Fehler ansammeln. Der RelayBP-Decoder von IBM stellt einen Durchbruch in dieser kritischen Durchbruch in dieser kritischen Technologie, denn er erreicht Dekodiergeschwindigkeiten von weniger als 480 Nanosekunden - etwa 10-mal schneller als führende alternative Ansätze. [9]
Der RelayBP-Algorithmus wurde speziell entwickelt, um genau, schnell, kompakt und flexibel genug zu sein für Implementierung auf feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs). Diese Errungenschaft wurde ein ganzes Jahr vor dem ursprünglichen Zeitplan von IBM fertiggestellt, was die Fähigkeit des Unternehmens unter Beweis stellt Fähigkeit des Unternehmens, seine Roadmap-Zusagen zu übertreffen.
Poughkeepsie: Erbe der Computerinnovation
Das IBM-Werk in Poughkeepsie blickt auf eine über acht Jahrzehnte währende Geschichte der Computerinnovation zurück. Seit seiner Gründung im Jahr 1941 wurden an diesem historischen Standort bahnbrechende Entwicklungen wie der IBM 701 (der erste kommerzielle Computer des Unternehmens im Jahr 1952), die revolutionäre System/360-Mainframe-Serie und die modernsten Quantencomputer von heute.
Das bestehende IBM Quantum Data Center in Poughkeepsie beherbergt derzeit die leistungsfähigsten Quantencomputer der Welt die über die IBM Quantum Platform zugänglich sind. Bis 2029 wird diese Einrichtung das Starling-System beherbergen und damit das das nächste Kapitel in der bemerkenswerten Computergeschichte von Poughkeepsie. [4]
Quantum Advantage Zeitleiste und Projektionen
| Jahr | Meilenstein | Toranzahl | Qubits | Bedeutung |
|---|---|---|---|---|
| 2025 | Nighthawk-Start | 5,000 | 120 | Topologie des quadratischen Gitters, Erforschung des Quantenvorteils |
| 2026 | Quantenvorteil | 7,500 | 360 | Geprüfter Quantenvorteil durch die Gemeinschaft |
| 2027 | Skala für Versorgungsunternehmen | 10,000 | 500+ | Kommerzielle Quantenanwendungen |
| 2028 | Modul Netzwerk | 15,000 | 1,000+ | Multimodul-Quantensysteme |
| 2029 | Starling FTQC | 100,000,000 | 200 logisch | Fehlertolerante Quanteninformatik |
Erforschen Sie diese Quantenthemen weiter
Häufig gestellte Fragen
Quellen und Referenzen
Bildnachweis: Alle Bilder in diesem Artikel stammen von IBM Research, IBM Newsroom und autorisierten Technologiemedien, und autorisierten Technologiemedien. Bilder von Quantenprozessoren, Fotos von Einrichtungen und Systemdarstellungen werden mit freundlicher Genehmigung der IBM Corporation und werden für pädagogische und journalistische Zwecke verwendet. Zusätzliche Visualisierungsgrafiken von The Next Platform, Tom's Hardware, und The Quantum Insider.
Offizielle IBM-Ankündigungen
IBM Quantum Blogbeiträge
- [2] Skalierung für Quantenvorteile und darüber hinaus - QDC 2025
- [4] IBM zeigt klaren Weg zu fehlertolerantem Quantencomputing auf
- [6] Veröffentlichungsnachrichten: Qiskit SDK v2.2 Zusammenfassung der Veröffentlichung
- [8] Bau von Quantencomputern mit fortschrittlicher Halbleiterfabrik
- Skalierung über unseren Fahrplan hinaus mit vernetzten Quantencomputern
Technische Dokumentation
Forschungspapiere
Externe Ressourcen
IBM Quantum Plattform & Gemeinschaft
Kristof GeorgeAI-Stratege, Fintech-Berater & Herausgeber von QuantumAI.co
Kristof George ist ein erfahrener digitaler Stratege und Fintech-Publisher mit mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung an der Schnittstelle von künstlicher Intelligenz, algorithmischem Handel und Online-Finanzbildung. Als treibende Kraft hinter QuantumAI.co hat Kristof George Hunderte von von Experten geprüften Artikeln über den Aufstieg des quantengestützten Handels, AI-basierte Marktvorhersagesysteme und Investmentplattformen der nächsten Generation kuratiert und veröffentlicht.
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