IBM heeft onlangs zijn nieuwste quantum-processor gepresenteerd, de Osprey. De processor biedt in totaal 433 qubits en zet hiermee een nieuwe stap in quantum computing, aldus Big Blue.

De nieuwe 433 qubit Osprey-processor is de opvolger van de 127 qubit Eagle-processor die in 2021 werd uitgebracht. Net als zijn voorganger is de Osprey quantum-processor gebaseerd op zogenoemde ‘superconducting transmon’-technologie. Deze technologie gebruikt geleidende materialen die elektriciteit van het ene naar het andere punt brengen zonder hitte te genereren of energie te verliezen.

Transmon qubit-technolgie werd in 2007 door Yale University uitgevonden en moet quantum-processors beschermen tegen ruis of interferentie. Deze interferentie kan voor problemen zorgen in de circuits van de processors, waardoor het lastiger is om berekeningen uit te voeren.

Qubit control-systeem

Naast de ontwikkeling van de Osprey quantum-processor heeft IBM een flinke update gegeven aan het zogenoemde ‘qubit control-systeem’. De qubits die de Osprey quantum-processor genereert voeren geen zelfstandige berekeningen uit. Dit doet het qubit control-systeem. Het systeem gebruikt hiervoor microwave pulses om de configuratie van de qubits te bepalen.

Voorheen was dit qubit control-systeem gebaseerd op een programmeerbare chip (FGPA). Deze is nu door Big Blue vervangen voor een applicatiespecifiek geïntegreerd circuit. Deze chip kan nog meer worden aangepast om de verwerkingssnelheid te verbeteren.

De nieuwe chip geeft via speciale bedrading het controlesysteem instructies over hoe de Osprey qubits berekeningsverkeer naar qubits moeten uitvoeren. IBM zou het ontwerp van deze bedrading hebben herzien om 70 procent minder ruimte in te nemen en tegen lagere kosten te kunnen produceren.

Multi-layer bedradingssysteem

Wanneer de signalen van het controlesysteem de Osprey-processor bereiken wordt ieder signaal naar de relevante qubit gerouteerd. Dit wordt uitgevoerd door een zogenoemd multi-layer bedradingssysteem dat direct in de processor is geïntegreerd.

Dit bedradingssysteem is al sinds de Eagle quantum-processor aanwezig en bestaat uit drie lagen metaal die in de processor op elkaar zijn gestapeld. Dit ontwerp moet interferentie beperken en daardoor het risico op fouten in qubits verkleinen.

Software en nieuwe behuizing

Naast technische zaken heeft IBM met de release van de nieuwe quantum-processor ook een nieuwe versie van zijn ondersteunende softwareplatform Qiskit Runtime uitgebracht. Dit softwareplatform creëert de algoritmes die op de quantum-processors van Big Blue kunnen draaien. In de laatste versie zijn nu ook algoritmes beschikbaar die fouten oplossen. Hierdoor kunnen ontwikkelaars de prestaties van qubits beter beheren voor een betrouwbaardere berekeningen.

IBM presenteerde ook een nieuwe behuizing voor de quantum-processors: het IBM Quantum System Two. Deze behuizing, die er bijvoorbeeld voor moet zorgen dat de processors zich in een omgeving bevinden rondom het absolute nulpunt van -273 Celcius, kan verschillende processors herbergen tot een maximum van 4,158 qubits. Ook kan de behuizing de benodigde qubit control-systemen herbergen. Het IBM Quantum System Two is volgend jaar beschikbaar.

Roadmap

Met de komst van de IBM Osprey quantum-processor zet Big Blue naar eigen zeggen een nieuwe stap naar het daadwerkelijke gebruik van quantum-processors voor het oplossen van tot nu toe onoplosbare problemen. In de komende jaren blijft de techgigant flink investeren in het doorontwikkelen van zijn quantum-processors.

Uit de roadmap blijkt dat IBM volgen jaar de Condor quantum-processor wil presenteren met 1,121 qubits, twee keer zoveel als de nu geïntroduceerde processor. In de jaren daarna is de techgigant van plan onderling verbonden quantum-processors of ‘multiprocessors’ op de markt te brengen voor het optimaliseren van prestaties. De eerste van deze multiprocessors, de ‘Flamingo’, moet in 2024 worden gepresenteerd. De tweede, ‘Kookaburra’, in 2025. Deze laatste multiprocessor gaat 4,158 qubits bieden.

Tip: IBM zet stap in quantum roadmap met 127 qubit Eagle-processor