Neuer Quantencomputer in Japan: IBM und RIKEN stellen sehr leistungsfähiges System vor

IBM und das japanische Forschungsinstitut RIKEN haben gemeinsam das erste IBM Quantum System Two außerhalb der Vereinigten Staaten und jenseits eines IBM-eigenen Rechenzentrums in Betrieb genommen.

Dieses Ereignis, das am 24. Juni 2025 mit einer feierlichen Zeremonie begangen wurde, ist auch deshalb von besonderer Bedeutung, weil der neue Quantencomputer direkt neben Fugaku, einem der weltweit leistungsstärksten klassischen Supercomputer, installiert wurde. Die Zusammenarbeit soll Japan in eine neue Ära des Hochleistungsrechnens führen.

Im Herzen des IBM Quantum System Two arbeitet der ein IBM Quantum Heron Prozessor mit 156 Qubits. Er ist nach Aussage von IBM aktuell der weltweit leistungsfähigste Quantenprozessor. Seine Leistungsfähigkeit wird nicht nur durch die Anzahl der Qubits definiert, sondern auch durch seine Verarbeitungsgeschwindigkeit. Gemessen an der CLOPS-Metrik (Circuit Layer Operations Per Second) erreicht Heron einen Wert von 250.000, was einer zehnfachen Steigerung gegenüber der vorherigen Generation, dem IBM Quantum Eagle, entspricht.

Ein entscheidender Faktor für die Praxistauglichkeit von Quantencomputern ist die Fehlerrate. Quantenbits (Qubits) nutzen empfindliche quantenphysikalische Phänomene wie Verschränkung und Überlagerung, um Berechnungen durchzuführen. Diese Zustände sind jedoch äußerst anfällig für Störungen aus ihrer Umgebung. Selbst geringste Einflüsse können die Quantenzustände verändern und somit zu Berechnungsfehlern führen, was oft auch die Betriebsdauer der Qubits (Laufzeiten) stark verkürzt. Mit jedem weiteren Qubit in einem Quantencomputer steigt potenziell auch die Anfälligkeit für solche Fehler. Eine hohe Fehlerrate bedeutet daher eine Herausforderung für die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, weil sie die Ergebnisse unbrauchbar machen kann. Effektive Fehlerkorrektursysteme sind daher unerlässlich, um die Fehler trotz der zunehmenden Komplexität eines Systems zu beherrschen.

Hier setzt die technologische Verbesserung des Heron-Prozessors an: Seine Zwei-Qubit-Fehlerrate liegt bei 3 mal10 hoch -3 in einem 100-Qubit-Schaltkreis, mit einem Bestwert von 1 mal 10 hoch -3, was eine zehnfache Verbesserung im Vergleich zum früheren IBM Quantum Eagle darstellt. Diese deutlich verbesserte Fehlerrate ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu zuverlässigeren Quantenberechnungen.

Die Kopplung des IBM Quantum System Two mit dem Supercomputer Fugaku im RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) schafft ein einzigartiges Testfeld für das sogenannte „quantenzentrierte Supercomputing“. Durch eine Hochgeschwindigkeitsverbindung auf fundamentaler Befehlsebene können RIKEN- und IBM-Ingenieure parallelisierte Arbeitsabläufe, Kommunikationsprotokolle mit geringer Latenz und fortgeschrittene Kompilierungsbibliotheken entwickeln. Diese Integration ist von großerr Bedeutung, weil Quanten- und klassische Systeme unterschiedliche Stärken besitzen und so nahtlos die Teile eines Algorithmus ausführen können, für die sie jeweils am besten geeignet sind.

Ziel ist es, bahnbrechende Forschungen zu ermöglichen, beispielsweise bei grundlegenden Problemen in der Chemie, und letztlich den Punkt des „Quantenvorteils“ zu erreichen, an dem ein Quantencomputer ein Problem schneller, kostengünstiger oder genauer lösen kann als jede bekannte klassische Methode.