IBM bringt neue Quantum Systeme – IBM unveils new quantum systems

IBM stellte außerdem das IBM Quantum System Two vor, den ersten modularen Quantencomputer des Unternehmens und Eckpfeiler der quantenzentrierten Supercomputing-Architektur von IBM. Das erste IBM Quantum System Two in Yorktown Heights, New York, hat seinen Betrieb mit drei IBM Heron-Prozessoren und einer unterstützenden Steuerelektronik aufgenommen.

Mit dieser entscheidenden Grundlage und weiteren Durchbrüchen in der Quantenhardware, -theorie und -software weitet IBM ihre Quantum Development Roadmap bis 2033 aus und setzt sich neue Ziele, um die Qualität von Gate-Operationen deutlich zu verbessern. Dadurch wird die Größe der möglichen Quantum Circuits erhöht und das Potenzial des Quantencomputings im großen Maßstab ausgeschöpft.

„Wir befinden uns mitten in dem Zeitalter, in dem Quantencomputer als Tool zur Erforschung neuer Grenzen der Wissenschaft eingesetzt werden,“ so Dario Gil, IBM SVP und Director of Research. „Da wir weiterhin Fortschritte bei der Skalierung von Quantensystemen und der Schaffung von Mehrwert durch modulare Architekturen machen, werden wir die Qualität eines Quanten-Technologie-Stacks im Utility-Maßstab weiter erhöhen – und ihn unseren Nutzern und Partnern zur Verfügung stellen, die dadurch noch komplexere Problemstellungen bewältigen können.“

Wie IBM in diesem Jahr mit dem 127-Qubit-Prozessor IBM Quantum Eagle gezeigt hat, können Quantensysteme von IBM jetzt als wissenschaftliches Tool zur Erforschung von Problemen in der Chemie, Physik und Materialforschung dienen, die über die „brute force“ klassische Simulation der Quantenmechanik hinausgehen.

Seit dieser Präsentation haben führende Forscher, Wissenschaftler und Ingenieure von Organisationen wie dem Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums, der Universität Tokio, der Universität Washington, der Universität Köln, Harvard University, Qedma, Algorithmiq, UC Berkeley, Q-CTRL, der Fundacion Ikerbasque, dem Donostia International Physics Center und der Universität des Baskenlandes sowie von IBM die Vorführungen von Quantencomputern in großem Maßstab weiter vorangetrieben, um ihren Wert bei der Erkundung von Neuland in der Datenverarbeitung zu unterstreichen.

Dazu gehören auch Experimente, die bereits auf dem neuen IBM Quantum Heron 133-Qubit-Prozessor laufen, den IBM ihren Nutzern heute über die Cloud zur Verfügung stellt. Der IBM Heron ist der erste in IBMs neuer Klasse leistungsfähiger Prozessoren mit deutlich verbesserten Fehlerraten. Er bietet eine fünffache Verbesserung gegenüber den bisherigen Bestwerten des IBM Eagle. Weitere IBM Heron-Prozessoren werden im Laufe des nächsten Jahres IBMs branchenführende Systemflotte verstärken.

IBM Quantum System Two und Erweiterte IBM Quantum Development Roadmap

IBM Quantum System Two ist die Grundlage für die nächste Generation von IBMs Systemarchitektur im Bereich Quantencomputer. Es kombiniert skalierbare kryogene Infrastruktur und klassische Runtime Server mit modularer Qubit-Steuerelektronik. Das neue System ist ein Baustein für IBMs Vision des quantenzentrierten Supercomputings. Diese Architektur kombiniert Quantenkommunikation und -berechnung, unterstützt durch klassische Rechenressourcen, und nutzt eine Middleware-Schicht, um Quanten- und klassische Workflows angemessen zu integrieren.

Als Teil der kürzlich erweiterten zehnjährigen IBM Quantum Development Roadmap plant IBM, dass dieses System auch die zukünftigen Generationen von IBM Quantenprozessoren aufnimmt. Darüber hinaus sollen diese künftigen Prozessoren schrittweise die Qualität der Operationen, die sie ausführen können, verbessern, so dass die Komplexität und der Umfang der Workloads, die sie bewältigen können, erheblich gesteigert werden.

Qiskit und generative KI erleichtern die Programmierung von Quantensoftware

Heute stellt IBM auch die Pläne für eine neue Generation ihres Software-Stacks vor, innerhalb dessen Qiskit 1.0 ein durch Stabilität und Geschwindigkeit definierter Dreh- und Angelpunkt sein wird. Darüber hinaus, mit dem Ziel, die Entwicklung des Quantencomputing zu demokratisieren, kündigt IBM Qiskit Patterns an.

Qiskit Patterns werden es Quantum-Entwicklern ermöglichen, auf einfachere Weise Code zu erstellen. Sie basieren auf einer Sammlung von Tools, die es ermöglichen, klassische Probleme einfach abzubilden, sie mit Qiskit in Quantenschaltungen zu optimieren, diese Schaltungen mit Qiskit Runtime auszuführen und dann die Ergebnisse nachzubearbeiten. Mit Qiskit Patterns in Kombination mit Quantum Serverless können Benutzer Workflows erstellen, bereitstellen und ausführen, bei denen klassische und Quantenberechnungen in verschiedenen Umgebungen wie Cloud- oder On-Premise-Szenarien integriert werden. All diese Tools stellen den Nutzern Bausteine zur Verfügung, mit denen sie Quantenalgorithmen einfacher erstellen und ausführen können.

Darüber hinaus leistet IBM mit watsonx, IBMs KI-Plattform für Unternehmen, Pionierarbeit bei der Nutzung generativer KI für die Programmierung von Quantencode. IBM wird die über watsonx verfügbare generative KI integrieren, um die Entwicklung von Quantencode für Qiskit zu automatisieren. Dies wird durch die Feinabstimmung der IBM Granite-Modellreihe erreicht.

„Generative KI und Quantencomputing sind beide an einem Wendepunkt angelangt, was uns die Möglichkeit bietet, das vertrauenswürdige Basismodell von watsonx zu nutzen, um die Entwicklung von Quantenalgorithmen für Forschungszwecke zu vereinfachen,“ so Jay Gambetta, Vice President und IBM Fellow bei IBM. „Dies ist ein wichtiger Schritt zur Erweiterung des Zugangs zum Quantencomputing und zu dessen Nutzung als Instrument für wissenschaftliche Forschungszwecke.“

Mit der modernen Hardware in IBMs globaler Flotte von über 100 Qubit-Systemen und der benutzerfreundlichen Software, die IBM als Teil von Qiskit vorstellt, können Benutzer und Computerwissenschaftler nun immer zuverlässigere Ergebnisse von Quantensystemen erhalten, da diese immer größere und komplexere Probleme auf Quantenschaltungen übertragen.

IBM also unveiled IBM Quantum System Two, the company’s first modular quantum computer and cornerstone of IBM’s quantum-centric supercomputing architecture. The first IBM Quantum System Two, located in Yorktown Heights, New York, has begun operations with three IBM Heron processors and supporting control electronics.

With this critical foundation now in place, along with other breakthroughs in quantum hardware, theory, and software, the company is extending its IBM Quantum Development Roadmap to 2033 with new targets to significantly advance the quality of gate operations. Doing so would increase the size of quantum circuits able to be run and help to realize the full potential of quantum computing at scale.

„We are firmly within the era in which quantum computers are being used as a tool to explore new frontiers of science,“ said Dario Gil, IBM SVP and Director of Research. „As we continue to advance how quantum systems can scale and deliver value through modular architectures, we will further increase the quality of a utility-scale quantum technology stack – and put it into the hands of our users and partners who will push the boundaries of more complex problems.“

As demonstrated by IBM earlier this year on a 127-qubit ‚IBM Quantum Eagle‘ processor, IBM Quantum systems can now serve as a scientific tool to explore utility-scale classes of problems in chemistry, physics, and materials beyond brute force classical simulation of quantum mechanics.

Since that demonstration, leading researchers, scientists, and engineers from organizations including the U.S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory, the University of Tokyo, the University of Washington, the University of Cologne, Harvard University, Qedma, Algorithmiq, UC Berkeley, Q-CTRL, Fundacion Ikerbasque, Donostia International Physics Center, and the University of the Basque Country, as well as IBM, have expanded demonstrations of utility-scale quantum computing to confirm its value in exploring uncharted computational territory.

This includes experiments already running on the new IBM Quantum Heron 133-qubit processor, which IBM is making available for users today via the cloud. IBM Heron is the first in IBM’s new class of performant processors with significantly improved error rates, offering a five-times improvement over the previous best records set by IBM Eagle. Additional IBM Heron processors will join IBM’s industry-leading, utility-scale fleet of systems over the course of the next year.

IBM Quantum System Two and Extended IBM Quantum Development Roadmap

IBM Quantum System Two is the foundation of IBM’s next generation quantum computing system architecture. It combines scalable cryogenic infrastructure and classical runtime servers with modular qubit control electronics. The new system is a building block for IBM’s vision of quantum-centric supercomputing. This architecture combines quantum communication and computation, assisted by classical computing resources, and leverages a middleware layer to appropriately integrate quantum and classical workflows.

As part of the newly expanded ten-year IBM Quantum Development Roadmap, IBM plans for this system to also house IBM’s future generations of quantum processors. Also, as part of this roadmap, these future processors are intended to gradually improve the quality of operations they can run to significantly extend the complexity and size of workloads they are capable of handling.

Qiskit and Generative AI to Increase Ease of Quantum Software Programming 

Today, IBM is also detailing plans for a new generation of its software stack, within which Qiskit 1.0 will be a pivot point defined by stability and speed. Additionally, and with the goal of democratizing quantum computing development, IBM is announcing Qiskit Patterns.

Qiskit Patterns will serve as a mechanism to allow quantum developers to more easily create code. It is based in a collection of tools to simply map classical problems, optimize them to quantum circuits using Qiskit, executing those circuits using Qiskit Runtime, and then postprocess the results. With Qiskit Patterns, combined with Quantum Serverless, users will be able to build, deploy, and execute workflows integrating classical and quantum computation in different environments, such as cloud or on-prem scenarios. All of these tools will provide building blocks for users to build and run quantum algorithms more easily.

Additionally, IBM is pioneering the use of generative AI for quantum code programming through watsonx, IBM’s enterprise AI platform. IBM will integrate generative AI available through watsonx to help automate the development of quantum code for Qiskit. This will be achieved through the finetuning of the IBM Granite model series.

„Generative AI and quantum computing are both reaching an inflection point, presenting us with the opportunity to use the trusted foundation model framework of watsonx to simplify how quantum algorithms can be built for utility-scale exploration,“ said Jay Gambetta, Vice President and IBM Fellow at IBM. „This is a significant step towards broadening how quantum computing can be accessed and put in the hands of users as an instrument for scientific exploration.“

With advanced hardware across IBM’s global fleet of 100+ qubit systems, as well as easy-to-use software that IBM is debuting in Qiskit, users and computational scientists can now obtain reliable results from quantum systems as they map increasingly larger and more complex problems to quantum circuits.