Fraunhofer Institute har netop afsløret Quantum System One, landets første superledende kvantecomputer bygget af IBM.
IBM Quantum
Fem år efter, at IBM stillede sin første kvanteprocessor på fem qubit til rådighed for brugere over skyen, viser virksomheden nu den første kvantecomputer, som den fysisk har bygget uden for sine New York-baserede datacentre.
Hele vejen over Atlanterhavet har forskere fra Tysklands Fraunhofer-institut netop afsløret IBM Quantum System One – landets første superledende kvantecomputer, som Big Blue blev kontrakt til at bygge specielt til organisationen.
Enheden, der indeholder en af IBMs 27-qubit Falcon-processorer, kom online for et par uger siden og er allerede gjort tilgængelig for Fraunhofer-forskere og nogle af instituttets partnere. Tyske akademikere og organisationer uden for Fraunhofer vil fremover være velkomne til at arrangere månedlige kontrakter om også at bruge computeren til forskning, uddannelse og uddannelse.
Fraunhofer's partnerskab med IBM blev underskrevet sidste år og markerede starten på en global udvidelse af Big Blues kvantehardware. Virksomheden udgav Quantum System One i 2019 og udråbte den som verdens første kommercielle kvantecomputer; men indtil nu har brugerne kun fået adgang til enheden via skyen ved at oprette forbindelse til IBMs Quantum Computation Center i Poughkeepsie, New York.
Det ville aldrig være let at bringe hardware til et nyt sted for første gang – og den globale COVID-19-pandemi tilføjede kun nogle ekstra forhindringer. Typisk, forklarer Bob Sutor, chefkvanteksponent hos IBM, at virksomheden ville have sendt nogle nøgledele og et team af interne specialister til Tyskland for at samle kvantecomputeren, men pandemien betød, at denne gang skulle alt gøres eksternt.
IBMs ingeniører måtte stole på NASA-inspirerede metoder til fjernmontering. “Hvordan træner du folk der er tusindvis af kilometer væk, når du ikke bare kan løbe hen til dem og sige:” Gør dette “?” Sutor fortæller ZDNet. “Vi var nødt til at træne lokale hold eksternt og arbejde sammen med dem for at samle alt og få denne maskine til at køre. Vi udviklede nye teknikker til faktisk at placere disse systemer rundt om i verden uden at rejse derhen. Og det fungerede.”
For at uddanne tyske ingeniører fra det lokale IBM-udviklingslaboratorium sammensatte Sutors team et virtuelt kursus i kvantesamling. Fra installation af computerens kølesystem til manipulation af Falcon-processoren blev ingen detaljer udeladt, og enheden blev lanceret med succes i overensstemmelse med den oprindelige tidsplan.
For Fraunhofer betyder det, at instituttet og dets partnere nu får adgang til en førende kvantecomputer, der er bygget udelukkende til tyske organisationer, i stedet for at stole på skyadgang til USA-baserede systemer.
Siden partnerskabet blev annonceret, har instituttet været optaget af at undersøge potentielle anvendelser af kvantecomputering og designe kvantealgoritmer, der kan vise en fordel i forhold til beregninger, der udføres med klassisk computing.
Dette skyldes, at kvanteberegning er begyndende, og på trods af det enorme potentiale, som forskerne forventer, er meget af teknologiens løfte stadig teoretisk. Eksisterende kvanteprocessorer som IBMs Falcon kommer med for få qubits og for høj fejlrate til at løse store problemer, der er relevante for virksomheder. Forskningsindsatsen består derfor i at spotte de anvendelsestilfælde, der måske passer til teknologien, når hardwaren er klar.
“For brugerne er de nødt til at komme ind nu, de har brug for at forstå, hvad kvantecomputere er, hvad de er nyttige til, og hvad der er levedygtige tilgange ved hjælp af kvantecomputere, der giver dem en fordel i forhold til klassisk computing,” siger Sutor.
Hos Fraunhofer har forskere kigget på en række applikationer lige fra porteføljeoptimering inden for økonomi til logistikplanlægning for producenter gennem fejlkorrektionsprotokoller, der kunne forbedre kritisk infrastruktur og molekylær simulering til at skubbe kemi og materialefinding.
I samarbejde med det tyske luftfartscenter har instituttet for eksempel forsket for at finde ud af, om kvantealgoritmer kunne simulere elektrokemiske processer inden for energilagringssystemet – hvilket igen kunne hjælpe med at designe batterier og brændselsceller med bedre ydeevne og mere energitæthed.
For Annkatrin Sommer, forskningskoordinator hos Fraunhofer, var valget af IBM som kvantepartner en no-brainer. “Vi ønskede virkelig at gå efter banebrydende teknologi, hvor du har evnen til at begynde at udvikle algoritmer så hurtigt som muligt,” fortæller hun ZDNet.
IBMs tilbud inden for kvantecomputering har nogle væsentlige styrker. Siden frigivelsen af sin første skybaserede kvanteprocessor har virksomheden nu stillet over 20 Quantum System One-maskiner til rådighed, som er tilgængelige af mere end 145 organisationer rundt om i verden. To milliarder kvantekredsløb etableres dagligt med cloudprocessorerne, og IBM er på vej til at bryde en billion kredsløb inden slutningen af sommeren.
Falcon-processorer, der anvendes i Quantum System One, er 27 qubits, men virksomheden arbejder parallelt med en chip kaldet Hummingbird, som har 65 qubits. Big Blue offentliggjorde for nylig en køreplan for kvantehardware, hvor den lovede at opnå over 1.000 qubits inden 2023 – nok til at begynde at se de tidlige resultater af kvantecomputering. I sidste ende sigter IBM på at producere et kvantesystem med en million qubit.
“Hvis jeg skulle smide et legetøjssystem ud og sige: 'Her går du, leg, jeg ved ikke, om det nogensinde bliver bedre' – ingen ville være ligeglade,” siger Sutor. “Folk har brug for tillid til, at maskinerne og softwaren og apps på dem med rimelighed hurtigt vil kunne arbejde bedre end bare klassiske computere.”
For et institut som Fraunhofer er den hurtige skalering af kvanteteknologier, som IBM lover, tiltalende. Og den tyske organisation er ikke alene om at satse på Big Blue. I år vil der også blive installeret en IBM Quantum System One i Japan som en del af et partnerskab med University of Tokyo; og tilbage i USA har Cleveland Clinic netop afgivet en ordre på 500 millioner dollars for IBM at bygge kvantehardware lokalt.
Men på trods af IBM's legitimationsoplysninger er Fraunhofer's forskergruppe også opsat på at understrege, at det er for tidligt at fortælle, hvilken tilgang – eller fremgangsmåder – til kvantecomputer, der viser resultater først. Branchen ekspanderer hurtigt, og med nye virksomheder, der hopper på kvantevognen så ofte, er det svært at skelne mellem hype og virkelighed.
Derfor udover at investere i IBMs superledende qubits, undersøger Fraunhofer også brugen af forskellige tilgange som ionfælder eller diamant.
“I øjeblikket er det ikke klart, hvilken teknologi der er bedst,” siger Sommer, “og vi vil sandsynligvis have forskellige teknologier, der arbejder parallelt for forskellige brugssager. Det giver mening at starte projekter med forskellige tilgange og efter et stykke tid måle, hvor langt du har, og hvis du nåede dine mål. Derefter beslutter du med hvilken teknologi du skal gå videre. ”
Det er fortsat, at Tysklands skinnende nye Quantum System One sætter landet i en gunstig position til at konkurrere i, hvad der i stigende grad formes til at blive et globalt kapløb om at føre inden for kvantecomputering.
Den tyske regering har allerede lanceret et finansieringsprogram på 2 mia. € (2,4 mia. $) til fremme af kvanteteknologier i landet, hvilket kommer ud over Europa-Kommissionens kvanteflagskib på 1 mia. € (1,20 mia. dollar) .
I USA blev der i 2018 afsat et budget på 1,2 mia. Dollars til den nationale kvanteinitiativlov i 2018. Og Kina har på sin side ikke lagt skjul på sin ambition om at blive en førende kvante-supermagt.
Den britiske regering har også investeret i alt 1 mia. £ (1,37 mia. $) i et nationalt Quantum Technologies-program. I de næste par år håber landet på at følge Tysklands ledelse og lancere sin allerførste kommercielle kvantecomputer, der skal bygges af det californiske firma Rigetti Computing.
Relaterede emner:
IBM 