Zwei gekoppelte Chips als Grundlage für Skalierung IBM kündigt 520-Qubit-Quantencomputer für 2027 an

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IBM kündigt mit Nighthawk R3 einen Quantenprozessor mit 520 logischen Qubits und ein gekoppeltes System mit 1.040 Qubits an. Im Pressegespräch nennt IBM offene Baustellen bis zum fehlertoleranten Quantencomputer, von Kühlung bis Echtzeitdekodierung.

Auf der Quantum Developer Conference (QDC) 2026 stellt IBM mit „Nighthawk R3“ die nächste Stufe seiner Nighthawk-Prozessorlinie vor. Der Chip soll 10.000 Quantenoperationen auf 520 programmierbaren Qubits unterstützen und 2027 erscheinen. Im selben Jahr will IBM zwei dieser Prozessoren über chipübergreifende Koppler zu einem System mit 1.040 Qubits verbinden. Aktuell verfügbar ist der Vorgänger „Nighthawk R2“ mit 120 Qubits.

Im vorab abgehaltenen Pressegespräch stellt Oliver Dial, Vice President Quantum Systems und IBM Fellow, klar: R3 ist kein Verbund mehrerer R2-Chips, sondern eine Neuentwicklung mit einem einzigen 520-Qubit-Chip. Vieles daran sei aus dem für 2026 geplanten Modul „Kookaburra“ übernommen, vor allem eine dichtere und zuverlässigere Verdrahtung und Steckverbinder, ohne die sich ein so großer Chip nicht praktikabel ansteuern ließe. Zehn chipübergreifende Koppler, von IBM „L-Coupler“ genannt, sollen R3 mit weiteren Prozessoren verbinden. Für 2027 sei aber erstmal nur eine Kopplung von zwei Chips geplant.

Fehlergemindert, noch nicht fehlerkorrigiert

Dabei will IBM die angepeilten 10.000 „genauen“ Operationen mit der Fehlerminderungstechnik Probabilistic Error Amplification (PEA) erreichen, erklärt Jerry Chow, CTO für Quantum-Centric Supercomputing und ebenfalls IBM Fellow. Dabei lernt das System das Rauschen jeder Gatterlage, verstärkt es kontrolliert und rechnet die Messwerte auf ein rauschfreies Ergebnis zurück. Aktuell kostet eine solche Minderung laut IBM-Dokumentation rund dreimal so viele Durchläufe.

Auch „Nighthawk R4“, der 2028 auf zwei 520-Qubit-Chips 15.000 Operationen schaffen soll, ist auf Fehlerminderung angewiesen. Eine Fehlerkorrektur in Echtzeit peilt IBM für 2029 an. Dann soll das fehlertolerante System „Starling“ 100 Millionen Operationen auf 200 logischen Qubits ausführen können

US-Finanzhilfen

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Fertigen lässt IBM R3 laut Dial im Wafermaßstab bei Anderon. Die IBM-Tochter betreibt in Albany, New York, eine 300-Millimeter-Fertigung speziell für Quantenprozessoren und hat im September eine Förderung über 1 Milliarde US-Dollar aus dem US Chips Act vertraglich gesichert.

R3 braucht eine neue Systemhülle

Bei der Kühlung stellt IBM für R3 auf ein modulares System um. Gefragt nach dem Unterschied zu R2 nennt Dial neben der Qubit-Zahl ein neues Systemdesign, das diese modulare Kühlung aufnehmen müsse. R3 dürfte damit nicht in der heutigen Bauform des „Quantum System Two“ laufen.

Zwei der neuen Kühlmodule hat IBM in diesem Jahr erstmals zu einem System verbunden und gemeinsam heruntergekühlt. Laut Pressemitteilung erreichten sie in unter fünf Tagen ihre Betriebstemperatur und kühlten auf unter 15 Millikelvin ab, Dial nannte im Pressegespräch unter 25 Millikelvin in weniger als einer Woche. Die Schränke sind rund 1,2 Meter breit und 2,4 Meter hoch.

Quantencomputing im Kühlschrank-Format

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Für den Beleg einer erfolgreichen Verbindung der Chips verweist IBM auf einen Versuch mit vier L-Couplern zwischen zwei Nighthawk-R1-Prozessoren im selben Kühlschrank. Die Übertragung von Quantenzuständen habe dabei eine Treue (Fidelity) von bis zu 99,4 Prozent erreicht, Zielmarke seien 99,9 Prozent. Eine Übertragung dauere etwa 100 Nanosekunden und sei damit ähnlich schnell wie Gatter auf dem Chip. Das sei Voraussetzung für den Einsatz in praktischen Workloads.

Derzeit verbindet IBM an seinem Quantenstandort Poughkeepsie im US-Bundesstaat New York nach Dials Worten erstmals Prozessoren über Kühlschrankgrenzen hinweg: Zwei Nighthawk-R2-Chips in zwei getrennten Kühlschränken sind über vier L-Coupler gekoppelt und werden heruntergekühlt. Ergebnisse will IBM vorstellen, sobald sie vorliegen.

Starling soll austauschbaren 500-Qubit-Modulen bestehen

Zum fehlertoleranten Quantencomputer Starling im Jahr 2029 fehlen laut Dial vier Dinge: größere und bessere Chips, mehr Verdrahtung, das modulare Kühlsystem in etwa dreifacher heutiger Größe und das Auswerten der Fehlersignale in Echtzeit noch während der Rechnung. Die L-Coupler seien für Starling unverzichtbar, betont Dial.

IBM wolle das System aus Prozessoren mit rund 500 Qubits bauen: groß genug, um auf jedem Chip umfangreiche Fehlerkorrekturcodes zu tragen, und klein genug für eine hohe Fertigungsausbeute.

Das IBM-Quantum-Datacenter in Poughkeepsie

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Weil IBM einen Fehlerkorrekturzyklus von rund 1 Mikrosekunde anstrebt und ein Koppler-Gatter etwa 100 Nanosekunden dauert, wären die Koppler nur zu etwa 10 Prozent der Zeit ausgelastet. IBM prüfe deshalb Zeitmultiplexing (zeitlich versetzte Nutzung derselben Koppler), um mit weniger Kopplern auszukommen. Das sei Forschung, so Dial, viele Details stünden noch nicht fest.

Tempo ist Verkaufsargument für heute

Für die Gegenwart setzt IBM auf Nighthawk R2, seit September 2026 im Cloud-Dienst IBM Quantum Platform verfügbar. Der Chip hat wie sein Vorgänger 120 programmierbare Qubits, aber für jedes Qubit ein zusätzliches Element, das es nach einer Messung schnell in den Grundzustand zurücksetzt.

In realen Anwendungen sei das System 3- bis 19-mal schneller als frühere Prozessorgenerationen. IBM gibt bis zu 100.000 Schaltkreisdurchläufe pro Sekunde an. Seit September 2026 haben Nutzer laut IBM mehr als 34 Milliarden Schaltkreisdurchläufe auf R2 ausgeführt.

Neu auf der IBM Quantum Platform ist eine verwaltete Umgebung, in der Nutzer klassische Rechenleistung zusammen mit Quantenrechenzeit buchen können. Viele Kunden hätten gefragt, wie sie ohne eigenen HPC-Zugang hybride Verfahren wie die stichprobenbasierte Diagonalisierung nutzen sollen, so Chow. Preise für die klassischen Profile nennt IBM nicht.

Keine harten Fehlerkorrektur-Ziele für 2027

Konkrete Fehlerkorrektur-Benchmarks, die R2 und R3 bis 2027 erreichen sollen, nennt IBM auf Nachfrage von DataCenter-Insider nicht. Chow verweist stattdessen auf laufende Arbeiten. Auf Heron-Prozessoren habe IBM mit sogenannten Raumzeit-Codes schwer simulierbare Schaltkreise mit 70 Qubits und rund 400 T-Gattern ausgeführt, einer besonders aufwendigen Gatterklasse.

Auf der QDC wolle IBM zeigen, wie sich dasselbe Problem auf Nighthawk R2 übertragen lasse. Partner demonstrierten auf Nighthawk zudem verschiedene Fehlerkorrekturcodes; eine Gruppe aus Sydney habe logische Qubits so kodiert, dass sie Chipbereiche geringerer Güte umgehen. Chow bezeichnet all das als „additiv“ zur eigentlichen fehlertoleranten Architektur.

„Shor ist der langweiligste Algorithmus“

Ob IBM selbst berechnen wird, wie groß ein Quantencomputer sein müsste, um heute gängige Verschlüsselung zu knacken, lässt das Unternehmen offen. Gemeint sind Verfahren wie RSA-2048 und ECC-256, die etwa HTTPS-Verbindungen, VPNs und digitale Signaturen absichern. Ein ausreichend großer, fehlertoleranter Quantencomputer könnte sie mit dem sogenannten Shor-Algorithmus brechen. Wie viele Qubits und Rechenschritte dafür nötig wären, haben andere Forschungsgruppen zuletzt mehrfach neu geschätzt, mit sinkender Tendenz.

Klassische Ansätze bei spezifischen Simulationen übertroffen

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Chow interessiert ein anderer Effekt mehr. Für Aufgaben aus Chemie und Optimierung gingen bisherige Schätzungen von einer einzigen, sehr langen Rechnung aus und kämen auf Hunderte Millionen bis Milliarden Rechenschritte sowie Hunderttausende fehlerkorrigierte Qubits. Zerlege man solche Aufgaben in viele kurze Quantenläufe und werte deren Ergebnisse mit klassischen Rechnern aus, sinke der Bedarf deutlich.

Dial nennt Shor damit „den langweiligsten Algorithmus, über den wir reden können“; die Nutzer interessierten sich für Chemie, Optimierung und Materialwissenschaft. Die nächste Version von IBMs Programmierumgebung, „Qiskit 3“, soll deshalb Werkzeuge mitbringen, mit denen Anwender selbst abschätzen können, wie lange ihre Programme auf künftigen Systemen wie Starling und dessen Nachfolger „Blue Jay“ laufen würden. Einen Termin für Qiskit 3 nennt IBM nicht.

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