Het Fraunhofer Institute heeft zojuist de Quantum System One onthuld, de eerste supergeleidende kwantumcomputer van het land gebouwd door IBM.
IBM Quantum
Vijf jaar nadat IBM zijn eerste kwantumprocessor van vijf qubit beschikbaar maakte voor gebruikers om toegang te krijgen via de cloud, pronkt het bedrijf nu met de eerste kwantumcomputer die het fysiek heeft gebouwd buiten zijn in New York gevestigde datacenters.
Over de Atlantische Oceaan hebben wetenschappers van het Duitse Fraunhofer Instituut zojuist de IBM Quantum System One onthuld – de eerste supergeleidende kwantumcomputer van het land die Big Blue speciaal voor de organisatie had laten bouwen.
Het apparaat, dat een van IBM's 27-qubit Falcon-processors bevat, kwam een paar weken geleden online en is al beschikbaar gesteld aan de wetenschappers van Fraunhofer en enkele partners van het instituut. Duitse academici en organisaties buiten Fraunhofer zullen vanaf nu welkom zijn om maandelijkse contracten af te sluiten om de computer ook te gebruiken voor onderzoeks-, onderwijs- en trainingsdoeleinden.
Fraunhofer's samenwerking met IBM werd vorig jaar ondertekend en markeerde het begin van een wereldwijde uitbreiding voor de kwantumhardware van Big Blue. Het bedrijf bracht de Quantum System One in 2019 uit en presenteerde het als 's werelds eerste commerciële kwantumcomputer; maar tot nu toe hadden gebruikers alleen toegang tot het apparaat via de cloud, door verbinding te maken met IBM's Quantum Computation Center in Poughkeepsie, New York.
De hardware voor het eerst fysiek naar een nieuwe locatie brengen, zou nooit gemakkelijk zijn – en de wereldwijde COVID-19-pandemie zorgde alleen maar voor wat extra hindernissen. Gewoonlijk, legt Bob Sutor, hoofdkwantumexponent bij IBM uit, zou het bedrijf een aantal belangrijke onderdelen en een team van interne specialisten naar Duitsland hebben verscheept om de kwantumcomputer te assembleren, maar de pandemie betekende dat deze keer alles moest worden gedaan van een afstand.
De ingenieurs van IBM moesten vertrouwen op door NASA geïnspireerde methoden voor montage op afstand. “Hoe train je mensen die duizenden kilometers ver weg zijn, als je niet zomaar naar ze toe kunt rennen en zeggen: 'Doe dit'?” Sutor vertelt ZDNet. “We moesten lokale teams op afstand trainen en op afstand met hen samenwerken om alles in elkaar te zetten en deze machine aan de gang te krijgen. We ontwikkelden nieuwe technieken om deze systemen daadwerkelijk over de hele wereld te plaatsen zonder er naartoe te hoeven reizen. En het werkte.”
Om Duitse ingenieurs van het plaatselijke IBM-ontwikkelingslab op te leiden, heeft het team van Sutor een virtuele cursus in kwantumassemblage samengesteld. Van het installeren van het koelsysteem van de computer tot het manipuleren van de Falcon-processor, geen detail werd weggelaten en het apparaat werd succesvol gelanceerd in overeenstemming met het oorspronkelijke schema.
Voor Fraunhofer betekent dit dat het instituut en zijn partners nu toegang hebben tot een geavanceerde kwantumcomputer die exclusief voor Duitse organisaties is gebouwd, in plaats van te vertrouwen op cloudtoegang tot Amerikaanse systemen.
Sinds de aankondiging van de samenwerking is het instituut druk bezig geweest met het onderzoeken van mogelijke toepassingen van kwantumcomputing en het ontwerpen van kwantumalgoritmen die een voordeel kunnen opleveren ten opzichte van berekeningen die met klassieke informatica worden uitgevoerd.
Dit komt omdat kwantumcomputing nog in de kinderschoenen staat, en ondanks het enorme potentieel dat onderzoekers verwachten, is veel van de belofte van de technologie nog steeds theoretisch. Bestaande kwantumprocessors zoals IBM's Falcon hebben te weinig qubits en een te hoog foutenpercentage om grootschalige problemen op te lossen die relevant zijn voor bedrijven. De onderzoeksinspanning bestaat daarom uit het spotten van de use-cases die mogelijk geschikt zijn voor de technologie zodra de hardware klaar is.
“Voor gebruikers moeten ze nu instappen, ze moeten begrijpen wat kwantumcomputers zijn, waar ze nuttig voor zijn en wat haalbare benaderingen zijn met behulp van kwantumcomputers die hen een voordeel zullen opleveren ten opzichte van het gebruik van klassieke computers”, zegt Sutor.
Bij Fraunhofer hebben onderzoekers gekeken naar een verscheidenheid aan toepassingen, variërend van portfolio-optimalisatie in financiën tot logistieke planning voor fabrikanten, via foutcorrectieprotocollen die kritieke infrastructuur en moleculaire simulatie zouden kunnen verbeteren om de ontdekking van chemie en materialen te stimuleren.
In samenwerking met het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum heeft het instituut bijvoorbeeld onderzoek gedaan om erachter te komen of kwantumalgoritmen elektrochemische processen in het energieopslagsysteem kunnen simuleren – wat op zijn beurt zou kunnen helpen bij het ontwerpen van batterijen en brandstofcellen met betere prestaties en meer energiedichtheid.
Voor Annkatrin Sommer, onderzoekscoördinator bij Fraunhofer, was de keuze voor IBM als quantumpartner een no-brainer. “We wilden echt gaan voor de allernieuwste technologie waarbij je de mogelijkheid hebt om zo snel mogelijk algoritmen te ontwikkelen”, vertelt ze aan ZDNet.
Het aanbod van IBM op het gebied van kwantumcomputers heeft een aantal belangrijke troeven. Sinds de release van zijn eerste cloudgebaseerde kwantumprocessor heeft het bedrijf nu meer dan 20 Quantum System One-machines beschikbaar gesteld, die toegankelijk zijn voor meer dan 145 organisaties over de hele wereld. Met de cloudprocessors worden dagelijks twee miljard kwantumcircuits tot stand gebracht en IBM ligt op schema om voor het einde van de zomer een biljoen circuits te breken.
De Falcon-processors die in de Quantum System One worden gebruikt, zijn 27 qubits, maar het bedrijf werkt parallel aan een chip genaamd Hummingbird, die 65 qubits heeft. Big Blue heeft onlangs een roadmap voor kwantumhardware gepubliceerd waarin het beloofde om in 2023 meer dan 1.000 qubits te behalen – genoeg om de eerste resultaten van kwantumcomputing te zien. Uiteindelijk wil IBM een kwantumsysteem van een miljoen qubit produceren.
“Als ik een speelgoedsysteem zou weggooien en zou zeggen: 'Hier ga je spelen, ik weet niet of het ooit beter zal worden' – dat zou niemand iets schelen”, zegt Sutor. “Mensen hebben het vertrouwen nodig dat de machines en de software en apps die erop staan redelijk snel beter kunnen werken dan alleen klassieke computers.”
Voor een instituut als Fraunhofer is de snelle opschaling van kwantumtechnologieën die IBM belooft, aantrekkelijk. En de Duitse organisatie is niet de enige die inzet op Big Blue. Dit jaar zal ook een IBM Quantum System One worden geïnstalleerd in Japan als onderdeel van een samenwerking met de Universiteit van Tokio; en terug in de VS heeft de Cleveland Clinic zojuist een order van $ 500 miljoen geplaatst voor IBM om on-premises kwantumhardware te bouwen.
Maar ondanks de referenties van IBM wil het onderzoeksteam van Fraunhofer ook benadrukken dat het te vroeg is om te zeggen welke benadering – of benaderingen – van quantum computing als eerste resultaten zal opleveren. De industrie breidt zich snel uit en met nieuwe bedrijven die zo nu en dan op de kwantumwagen springen, is het moeilijk om onderscheid te maken tussen hype en realiteit.
Dit is de reden waarom Fraunhofer niet alleen investeert in de supergeleidende qubits van IBM, maar ook het gebruik van verschillende benaderingen onderzoekt, zoals ionenvallen of diamant.
“Momenteel is het niet duidelijk welke technologie de beste zal zijn”, zegt Sommer, “en we zullen waarschijnlijk verschillende technologieën naast elkaar laten werken voor verschillende gebruiksscenario's. Het is logisch om projecten met verschillende benaderingen te starten en na verloop van tijd te meten hoe ver je hebt gekregen en of je je doelen hebt bereikt. Dan bepaal je met welke technologie je verder gaat.”
Het blijft dat het glimmende nieuwe Quantum System One van Duitsland het land in een gunstige positie plaatst om te concurreren in wat steeds meer vorm krijgt om een wereldwijde race te worden om voorop te lopen in kwantumcomputing.
De Duitse regering heeft al een financieringsprogramma van € 2 miljard ($ 2,4 miljard) gelanceerd voor de promotie van kwantumtechnologieën in het land, naast het kwantumvlaggenschip van de Europese Commissie van € 1 miljard ($ 1,20 miljard) .
Ondertussen werd in de VS in 2018 een budget van $ 1,2 miljard toegewezen aan de National Quantum Initiative Act. En China van zijn kant heeft geen geheim gemaakt van zijn ambitie om een toonaangevende kwantumsupermacht te worden.
De Britse regering heeft ook in totaal £ 1 miljard ($ 1,37 miljard) geïnvesteerd in een Nationaal Quantum Technologies-programma. In de komende jaren hoopt het land het voorbeeld van Duitsland te volgen en zijn allereerste commerciële kwantumcomputer te lanceren, die zal worden gebouwd door het in Californië gevestigde bedrijf Rigetti Computing.
Verwante onderwerpen:
IBM 