Machen Sie sich bereit für benutzerdefinierte Quantenprozessoreinheiten

Jedes Mal, wenn ein Unternehmen an der Spitze der Technologieentwicklung stehen möchte, erfordert dies eine Menge Entwicklung von Grund auf. Im Bereich der Quantencomputing gilt dies immer noch; Unternehmen, die in diesem Technologiebereich tätig sein wollen, müssen praktisch alles von Grund auf neu aufbauen. Doch heute hat die Branche einen wichtigen Schritt zur Beschleunigung der Entwicklung von Quantengeräten gemacht.

Am 28. März 2022 gab das niederländische Unternehmen QuantWare bekannt, dass interessierte Kunden benutzerdefinierte 25-Qubit-Quantenprozessoreinheiten (QPU) kaufen können, die sie Contralto genannt haben. Dies folgt auf eine Ankündigung von Juli 2021 über einen 5-Qubit-Prozessor von der Stange. Das Unternehmen behauptet, ein benutzerdefiniertes Contralto-Gerät kann in nur 30 Tagen gefertigt, verpackt und an Kunden geliefert werden. Es ist ein überzeugender Schritt nach vorne für eine aufstrebende Branche, die das Potenzial hat, einige der schwierigsten Rechenprobleme zu lösen.

Obwohl die Ankündigung überzeugend ist, ebenso wie die Idee von Quantengeräten im Allgemeinen, sollten Ankündigungen wie diese gegen den aktuellen Stand der Quantentechnologie insgesamt bewertet werden. Es gibt immer noch große Herausforderungen, die über das Platzieren von Qubits auf einem Halbleiter-Die hinausgehen, aber die Branche folgt dem bekannten Trend, den wir von klassischen Computern kennen, der letztendlich zur Standardisierung und Kommerzialisierung führt.

QuantWares 25-Qubit-Quantenprozessoreinheit

Das neue Contralto-Produktangebot von QuantWare wird in einer Standardverpackung geliefert, die für die Schnittstelle mit den heutigen Quantencomputern benötigt wird. Dazu gehört ein Array von Koaxialsteckern, die oben auf dem Paket platziert sind, um HF-Signale in das System hinein und aus ihm heraus zu führen. Wenn wir von „Standardverpackung“ sprechen, meinen wir damit keine BGAs oder SOIC-Komponenten; der neue Prozessor sieht ähnlich aus wie das unten gezeigte Paket.

Nur weil dieses Produkt in einem attraktiven planaren Paket kommt, bedeutet das nicht, dass man es einfach auf eine Leiterplatte werfen kann. Es gibt einige Herausforderungen, die zuerst überwunden werden müssen:

• Man muss immer noch wissen, wie man seinen Quantenkreislauf mit Qubits entwirft. Dies ist nicht die typische sequenzielle/kombinatorische Logik, die in Standardprozessoren verwendet wird.
• Diese Geräte laufen bei kryogenen Temperaturen, daher benötigt Ihr System eine Kryo-Kühlungseinheit, um Teile des Systems auf der entsprechenden Temperatur zu halten.
• Das Steuer- und Auslesesystem, das benötigt wird, um Qubitzustände zu sondieren, ist nicht enthalten. In diesem Moment ist keines dieser Hardware-Produkte von der Stange, alles ist maßgeschneidert.

Wir sind noch nicht an dem Punkt angelangt, Chips für Quanten-Smartphones zu kaufen, aber dies stellt eine wichtige Entwicklung für die Industrie dar und zeigt, wie Quantenprozessoren einem ähnlichen Entwicklungs- und Kommerzialisierungstrend wie klassische Prozessoren folgen könnten.

Dies wirft die Frage auf, was kann man mit 25 Qubits machen? Ist das viel Rechenleistung? Offen gesagt, nein, das ist im Vergleich zu den heutigen Serverfarmen oder Supercomputern keine große Rechenleistung. Der Zugang zu so viel Qubit-Leistung in einem kleinen Paket macht diese Chips jedoch zu wichtigen F&E-Werkzeugen, die Entwicklern helfen, auf viel realistischere Anwendungen hinzuarbeiten.

Quanten-Wachstumsschmerzen

In jeder Hinsicht sieht die Zukunft für das Quantencomputing weiterhin vielversprechend aus, sowohl in Bezug auf Marktwachstum, Technologieentwicklung als auch die Breite der Anwendungen für diese Technologien. Aktuelle Marktwert-Schätzungen reichen von 830 Millionen bis 5 Milliarden Dollar bis 2024. Auch die Wall Street springt auf den Zug des Quantencomputings auf; einige der bekanntesten Start-ups im Bereich Quantencomputing wurden 2021 durch milliardenschwere SPAC-Fusionen an die Börse gebracht.

Für all die Erfolge der letzten Jahre, von verschränktem Quantenradar bis hin zum Legen der Grundlagen für ein Quanteninternet, gibt es immer noch Skeptiker, die glauben, dass die Technologie überbewertet wird. Am selben Tag wie die QuantWare-Ankündigung veröffentlichte das MIT ein Meinungsstück mit dem Titel „Quantencomputing hat ein Hype-Problem“, geschrieben von dem bekannten Physiker Sankar Das Sarma, Direktor des Condensed Matter Theory Center an der University of Maryland (College Park). Dr. Sarmas Artikel versucht, uns zurück in die Realität der aktuellen Quantentechnologie zu bringen, indem er die Herausforderungen beim Hochskalieren eines Prozessors wie dem von QuantWare auf Milliarden von Qubits hervorhebt. Insbesondere schreibt er:

Während ich Dr. Sarmas zitierte Bemerkung weitgehend zustimme, würde ich der Idee widersprechen, dass Quantentechnologie nur Hype und wenig Substanz sei, einfach weil das Skalieren mit der aktuellen Quantenprozessorarchitektur schwierig ist. Stellen Sie sich vor, wir hätten diese Einstellung in den 1950er Jahren gehabt, als monolithische integrierte Schaltkreise bei Fairchild entwickelt wurden, oder wieder im Jahr 2002, als Intel CTO Pat Gelsinger (jetzt CEO) bemerkte, dass das Skalieren der CPU-Architektur zu der Zeit mehr Wärme als ein Kernreaktor erzeugen würde. Offensichtlich gibt es Skalierungsherausforderungen, und ich denke nicht, dass es fair ist, eine unpraktikable Vision zukünftiger Quantencomputer auf Basis der heutigen Skalierungsherausforderungen zu extrapolieren.

Ob Sie denken, dass die Technologie überbewertet ist oder Sie denken, sie ist weltverändernd, die Industrie schreitet mit beeindruckender Geschwindigkeit mit der Quantenentwicklung voran. Bisher ist der Markt mit einigen großen Namen und einer Vielzahl innovativer Startups besetzt. Einige der Entwicklungswerkzeuge und Branchenbemühungen, die Quanteninformationssysteme unterstützen, umfassen:

• Quantenprogrammiersprachen wie Q#, QISKit und Pytket
• Entwicklung kompletter Quantenanwendungsstapel
• Standardisierung von Leistung, Terminologie und Evolution durch IEEE, ISO, IEC und andere Normungsgremien
• Zugang zu Quantenberechnungszeit in der Cloud für die Anwendungsentwicklung

Wie wir aus der obigen Liste entnehmen können, fehlt nur noch die Hardware! Andere Unternehmen zielen auf viel höhere Qubit-Zahlen für ihre Prozessoren ab. Zum Beispiel soll IBMs 433-Qubit Osprey-Prozessor noch in diesem Jahr auf den Markt kommen, und sein 1.121-Qubit Condor-Prozessor wird für 2023 erwartet. Das Millionen-Qubit-Heilige Gral des Quantencomputings soll so viel Platz wie ein Datenzentrum einnehmen, laut dem Quantencomputing-Startup PsiQuantum.

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