IBM verbindet erstmals zwei Kryomodule für skalierbare Quantencomputer
IBM hat zwei Kühlmodule zu einem System verbunden und Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreicht. Die Technik soll den Weg zu Quantencomputern mit über 1.000 Qubits ebnen.
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IBM hat erstmals zwei selbst entwickelte Kühlmodule zu einem gemeinsamen System verbunden und betrieben. Die beiden quaderförmigen Einheiten bilden zusammen eine Kühlumgebung, die mehr als 2,4 Meter hoch und ebenso breit ist. In einem Test kühlte das verbundene System in weniger als fünf Tagen auf 4 Kelvin ab, kurz darauf wurden weniger als 15 Millikelvin erreicht. Das entspricht weniger als minus 273,135 Grad Celsius und liegt höchstens 0,015 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Nach Angaben von IBM liegt die erreichte Temperatur damit um mehr als den Faktor 180 unter der des Weltraums.
Bei dem Test stand die Kältetechnik im Vordergrund, Quantenprozessoren waren nicht installiert. Später in diesem Jahr sollen in jedem der beiden Module ein Quantum-Nighthawk-Prozessor eingebaut werden, um weitere Funktionstests durchzuführen.
Die Module haben ein kastenförmiges Gehäuse und können dicht nebeneinander platziert werden. Öffnungen und mehrschichtige Wärmeschilde bilden einen gekühlten Tunnel zwischen benachbarten Modulen. Jedes Modul ist etwa dreimal so groß wie ein normaler Kühlschrank und wiegt drei Tonnen. Die Vakuumkammer bietet ein Volumen von 2,75 Kubikmetern und eine Fläche von etwa 0,53 Quadratmetern für Verkabelung. Im Vergleich zu den am weitesten verbreiteten IBM-Quantensystemen steht damit bis zu zwölfmal mehr Platz für Kabel zur Verfügung. Die Vakuum- und Kältetechnik hat eine Leistungsaufnahme von 30 Kilowatt.
Das modulare Kühlsystem ähnelt nach Angaben des Unternehmens konzeptionell einem Computerschrank: Wenn ein Schrank zu klein ist, wird ein zweiter daneben gestellt. Die Schränke sind große Aluminiumgehäuse mit hermetisch schließenden Türen; die Türen können einzeln entfernt werden, um zwei Schränke miteinander zu verschrauben. Kabel können direkt zwischen Komponenten verlegt werden, die in einzelnen Schränken installiert sind. Die einzelnen Schränke, sogenannte Zellen, bestehen aus einer Vakuumkammer mit eigenem Kühlsystem und sollen gegeneinander isoliert sein. Im Vergleich zu zylindrischen Kryostaten wird der Raum besser ausgenutzt. Chips, die von verschiedenen Verdünnungskryostaten gekühlt werden, sollen breitbandig und mit geringen Störungen verbunden werden.
IBM entwickelt sogenannte L-Koppler, Verbindungen von bis zu etwa einem Meter Länge, um Quanteninformation zwischen separaten Prozessoren zu übertragen. Bis 2027 will das Unternehmen mehrere Prozessoren über L-Koppler zu einem System mit mindestens 1.000 programmierbaren Qubits verbinden. Spätere Erweiterungen einer einzelnen Kühlzelle sollen Platz für mindestens 2.000 Qubits bieten. Die Module sind für IBM Quantum Starling vorgesehen, einen für 2029 angekündigten Quantencomputer, der als erster seiner Art fehlertolerant arbeiten soll.
Die verbundenen Prototypen zeigen nach Angaben des Unternehmens, dass zwei Zellen gemeinsam die erforderliche Temperatur erreichen können. Das System ist eine Erweiterung des bereits teilweise modularen IBM Quantum System Two und soll für mehrere zukünftige Generationen von Quantencomputern ausgelegt sein. Die erste Generation soll 2027 mindestens 1.000 Qubits haben. Das System kann eine Mindesttemperatur von 10 Millikelvin erreichen, ein Hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Die praktisch erreichbare Temperatur hängt von der thermischen Last ab; bei einer Wärmelast von 32 Mikrowatt kann der Verdünnungskryostat 20 Millikelvin aufrechterhalten. IBM hat ein technisches Datenblatt für die Kühlzellen veröffentlicht.