Quantencomputing im Kühlschrank-Format IBM präsentiert skalierbare Quanten-Racks

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IBM stellt modulare Kryostaten für Quantencomputer im Industriekühlschrank-Format vor. Sie sollen Quantenzustände supraleitend zwischen mehreren Chips übertragen und das für 2029 angekündigte fehlertolerante System „Starling“ beherbergen.

IBM hat am Standort Poughkeepsie, New York, zwei Kryomodule zusammengeschaltet und gemeinsam auf unter 15 Millikelvin gekühlt. Eine supraleitende Verbindung zwischen den Modulen würde die Grundlage für künftige Quantensysteme mit tausenden von Qubits bilden. Der entscheidende nächste Schritt steht zugleich erst bevor: Wie IBM in der Fragerunde bestätigt, arbeiten in den Modulen noch keine miteinander verbundenen Quantenprozessoren.

Zusammen sind die beiden Module rund 2,4 Meter hoch und breit. Das Abkühlen auf vier Kelvin (-269 Grad Celsius) habe weniger als fünf Tage gedauert, anschließend sei die Temperatur unter 15 Millikelvin (-273 Grad) gefallen. Unter einer simulierten Wärmelast eines arbeitenden Quantesystems von 30 Mikrowatt zeigte der Überwachungsbildschirm der Module 23 Millikelvin in der Mischkammer, dem kältesten Punkt der Anlage, an dem später die Prozessoren sitzen sollen. Sechs solcher Module stehen laut IBM bereits im Gebäude, verteilt auf verschiedene Testaufbauten.

Mehr Platz, noch keine effizientere Ansteuerung

Die rechteckigen Gehäuse brechen mit der bei IBM bisher üblichen zylindrischen Bauform und lassen sich dicht aneinanderreihen, für den Transport trennen und am Einsatzort wieder zu einer gemeinsamen Vakuumumgebung verbinden. Jedes Modul biete zwölfmal mehr Fläche für Leitungen als das „IBM Quantum System One“. Kühlwerk, Kabelträger und Vakuumgehäuse seien getrennt gebaut, sodass sich einzelne Komponenten austauschen ließen, ohne das Gesamtsystem neu zu konstruieren. Laut IBM war bislang gerade der Umbau des Kühlsystems der langsamste Schritt bei jeder neuen Verkabelungsgeneration.

Den Engpass durch die wachsende Zahl von Steuer- und Ausleseleitungen beseitigt die Architektur vorerst nicht. Auf Nachfrage erklärte IBM, das System schaffe hauptsächlich mehr Platz, während effizientere Ansteuerungsverfahren parallel erforscht würden. Als größte verbleibende Hürde bezeichnete Oliver Dial, Vice President Quantum Systems bei IBM, die Zuverlässigkeit: Beim Übergang von Tausenden zu Hunderttausenden physischen Qubits müssten sämtliche Systemkomponenten circa tausendmal zuverlässiger werden.

Vieles hängt am L-Coupler

Sogenannte „L-Coupler“ sind supraleitende Aluminiumleitungen, die die Chips in verschiedenen Modulen verbinden und ein Mikrowellenphoton über bis zu etwa einen Meter Länge transportieren können. Damit sollen sich Quantenzustände übertragen und Zwei-Qubit-Gatter zwischen getrennten Chips ausführen lassen. Welche der beiden Betriebsarten besser zum Fehlerkorrekturcode passt, ist nach Angaben von IBM noch offen.

Bewertung der Deep-Tech-Zentren

Rangliste der weltweit führenden Quanten-Cluster

IBM hatte mit dem 2024 vorgestellten Flamingo-Aufbau bereits eine L-Coupler-Verbindung zwischen zwei getrennten Heron-R2-Chips demonstriert. Nach IBM-Angaben gelangen dabei sowohl die Übertragung von Quantenzuständen als auch chipübergreifende CNOT-Gatter. In den aktuellen Modulen sind über L-Coupler verbundene Chips noch nicht eingebaut.

Fehlerrate muss um Faktor 7 sinken

Die Genauigkeit des bislang besten über einen L-Coupler ausgeführten Zwei-Qubit-Gatters beziffert IBM auf 99,3 Prozent. Für logische Operationen zwischen Modulen strebt das Unternehmen 99,9 Prozent an. Die Fehlerrate müsste damit rechnerisch von 0,7 auf 0,1 Prozent und somit um den Faktor sieben sinken. Bis L-Coupler alltagstauglich sind, braucht es somit noch bedeutende Forschungsschritte bei der Kopplerfehlerrate und der Abstimmung des Fehlerkorrecturcodes mit den Chips.

Quantum-Ambassador Jan-Rainer Lahmann im Gespräch

IBM: Quantenvorteil noch 2026, fehlertoleranter Quantenchip bis 2029

Noch 2026 will IBM je einen Prozessor „IBM Quantum Nighthawk“ in zwei Module einbauen und deren Verbindung erproben. Der Chip bringt 120 Qubits und 218 abstimmbare Koppler und ist seit Anfang 2026 verfügbar. Für 2027 sieht die Roadmap mindestens 1.000 für Rechenoperationen bereite Qubits auf mehreren verbundenen Prozessoren vor.

Mehrere dutzend verbundene Chips 2029, „hunderte“ Chips danach

Ein Modul sei für rund 2.000 physische Qubits ausgelegt, was für 2029 etwa vier Prozessoren entsprechen solle. „Starling“ soll aus ungefähr zwölf Kühlmodulen bestehen und 200 logische Qubits für bis zu 100 Millionen Quantenoperationen bereitstellen. Logische Qubits bündeln viele fehleranfällige physische Qubits zu einer fehlerkorrigierten Recheneinheit.

IBM setzt dafür auf Quantum-LDPC-Codes.LDPC steht für Low-Density Parity Check: Dabei prüft jedes Qubit nur vergleichsweise wenige andere Qubits. Gegenüber öfter eingesetzten Surface Codes sinke der Bedarf an physischen Qubits für die Fehlerkorrektur um bis zu 90 Prozent, so eine im Juni 2025 präsentierte Starling-Roadmap.

Sprung auf tausende physische Qubits

Quera visiert fehlertoleranten Quantencomputer für 2028 an

Wenn die Pressemitteilung über hunderte verbundene Quantenchips spricht, skizziert sie also eine Zukunftsvision. Für 2029 konzentriert sich das IBM-Team konkret auf „Starling“ und damit auf – von der Zahl physischer Qubits abgeleitet – etwa 48 über L-Coupler verbundene Chips. Die 2025 vorgestellte Starling-Roadmap umfasst neben den Prozessoren auch Echtzeitdecoder, Steuerungselektronik und modulübergreifende logische Operationen. Finanziell abgesichert sollte das Vorhaben durch die im Juni 2026 angekündigte Zusage des Konzerns sein, über fünf Jahre mehr als zehn Milliarden Dollar in Quantencomputing zu investieren.

Noch kein Durchbruch bei Kühlungseffizienz

Gegenüber bisherigen größeren Verdünnungskryostaten (Millikelvin-Kühlung) spart die modulare Bauweise nach Darstellung von IBM Platz, aber nicht Energie pro Einheit, da für jedes zusätzliche Modul weiterhin Vier-Kelvin-Kryokompressoren nötig seien. Für „Starling“ in 12 modularen Schränken nannte IBM in der Fragerunde als grobe Zielgröße eine Leistungsaufnahme in der Größenordnung eines Megawatts.

Vom Labor in die Praxis

Acht Punkte zum Stand des Quantencomputing 2026

Die Kryokühler selbst beschafft IBM über Ausschreibungen, die Kühleinheit im gezeigten Modul stammt von Bluefors Cryogenics. Der Kryotechnik-Spezialist präsentierte im März 2026 seine eigenen Kühlmodule für Quantenchips, die Bluefors selbst vermarkten will. Das Unternehmen stellte mit seiner „Modular Cryogenic Platform“ eine Skalierung von Quantensystemen auf „hunderttausende Qubits“ in Aussicht. Eine Verbindungstechnologie zwischen den Quantenchips präsentierte Bluefors allerdings nicht.

Anspruch: Quantenzustände über Prozessoren hinweg

Auch die Verbindung von Kryoumgebungen über Systeme wie L-Coupler ist keine exklusive IBM-Entwicklung. Die IBM-Sprecher verwiesen in der Fragerunde auf Arbeiten der ETH Zürich um Andreas Wallraff als wichtige Grundlage. Wo diese aber „eine Qubit-zu-Qubit-Verbindung“ gezeigt hätten, würde IBM „nun eine Prozessor-zu-Prozessor-Verbindung zeigen“.

Es geht also um eine standardisierte, transportierbare und wartbare Umgebung mehrerer im Verbund arbeitender Systeme – praktisch um einen Quanten-Rack für Datacenter. Die entscheidende Herausforderung ist aber die Skalierung jenseits des Labors. Die präsentierten standardisierten Kühlmodule sind ein wichtiger, aber noch früher Schritt auf diesem Weg.

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