Start-up aus Kalifornien Bleximo setzt darauf, dass sein anwendungsspezifischer Ansatz für Quantencomputing effizienter – in der Tat transformativ – bei der Bewältigung hochkomplexer praktischer Probleme in einer Reihe von Branchen ist – von globaler Logistik und Luft- und Raumfahrt bis hin zu Pharmazeutika, fortschrittlichen Materialien und Energieerzeugung und -verteilung. Das Unternehmen, das „Innovationen durch Quantencomputer vorantreibt“, entwickelt seit 2018 supraleitende, anwendungsspezifische Full-Stack-Computersysteme und arbeitet mit hochkarätigen F&E-Partnern wie dem University of California Berkeley und Lawrence Berkeley National Laboratory sowie andere Unternehmen im Quantencomputing-Ökosystem.
Eine strategische Differenzierung ergibt sich aus der Co-Design-Methodik von Bleximo, bei der Codierung und Hardware-Design aufeinander folgen, wobei der Schwerpunkt auf der Steigerung der Ausführungsgeschwindigkeit eines bestimmten Algorithmus liegt. Der zugrunde liegende ganzheitliche Ansatz für die Produktentwicklung, der alles von der grundlegenden Physik von Supraleitern bis zur Softwarearchitektur eines eingesetzten Quantencomputersystems abdeckt, integriert Algorithmen, Software und Hardware in einer Plattform.
Diese einheitliche Entwicklungsstrategie ist für alle Anwendungsfälle ähnlich, obwohl jedes Computersystem möglicherweise Änderungen und Verbesserungen erfordert, die für eine bestimmte Anwendung spezifisch sind. Daher ist es für das Geschäftsmodell von Bleximo von grundlegender Bedeutung, eng mit Kunden und F&E-Partnern zusammenzuarbeiten – seien es Regierungsbehörden, nationale Labors, akademische Einrichtungen oder andere Technologieunternehmen –, um ein detailliertes Verständnis ihrer jeweiligen Workflow-Schmerzpunkte und Downstream-Computing-Anforderungen sicherzustellen.
Co-Design und Zusammenarbeit
Fabio Sanches ist Leiter der Quantentechnik bei Bleximo und arbeitet mit Kunden zusammen, um gezielte Quantenalgorithmen zu entwickeln, die ihre schwierigen Rechenprobleme lösen, während ein Software-Framework für das Co-Design von Algorithmen und Hardware aufgebaut wird. Die Daseinsberechtigung für anwendungsspezifische Quantencomputer, sagt Sanches, besteht darin, eine Herausforderung anzugehen, der sich der Kunde vom Standpunkt des Hochleistungsrechnens gegenübersieht. „Der Kunde hat normalerweise ein Problem, das viel Rechenleistung und viel Zeit in Anspruch nimmt – selbst mit Zugriff auf modernste Rechenressourcen“, erklärt er. „Diese Probleme sind die besten Kandidaten, um die Wirksamkeit und den Nutzen von Quantencomputerlösungen zu untersuchen.“
Ausgehend von einer bestimmten Klasse praktischer Probleme – zum Beispiel der Supply-Chain-Optimierung oder der Preisgestaltung von Finanzprodukten – besteht die Aufgabe von Sanches und Kollegen darin, zu verstehen, welche Quantenalgorithmen sinnvoll sind, um das jeweilige Problem anzugehen. Das Endspiel aus verkürzten Ausführungszeiten und schnellerem Betrieb hängt von der engen Zusammenarbeit zwischen dem Algorithmenteam von Bleximo und der Hardware-Engineering-Funktion ab.
„Das ist das Hin und Her, bei dem wir Mehrwert für unsere Kunden schaffen“, bemerkt Sanches. „Da Quantencomputer für bestimmte Probleme am besten geeignet sind, halten wir es letztendlich für sinnvoll, Systeme zu bauen, die vollständig auf diese Aufgaben zugeschnitten sind, indem wir gemeinsam Quantenalgorithmen, Quantenprozessoren und unterstützende Hardware entwickeln, die auf diese spezifischen Anwendungen abgestimmt sind.“
Senkung der Kosten und Komplexität
Der anwendungsspezifische Ansatz wiederum bedeutet, dass Bleximo einen Großteil des mit Quantencomputersystemen verbundenen Hardware-Overheads eliminieren kann, wodurch die Vorabinvestitionen gesenkt werden. „Unser Mantra lautet: Weniger Komplexität führt zu höherer Zuverlässigkeit und niedrigeren Kapital- und Betriebskosten“, erklärt Chiara Pelletti, Director of Hardware Engineering des Unternehmens. Am scharfen Ende des Systems bedeutet dies, dass Qubits und Koppler – sowie Prozessorkomponenten, Mikrowellencontroller und andere Hardwarebausteine – nur auf einer „must-have“- und nicht auf einer „nice-to-have“-Basis hinzugefügt werden.
„Das Ziel besteht darin, die beste Architektur für einen anwendungsspezifischen Quantenprozessor herauszufinden – wie viele Qubits unterschiedlicher Typen erforderlich sind und wie sie miteinander verbunden sind – und die Hardware so zu konstruieren, dass sie bestimmte Gate-Operationen effizient ausführen kann.“ fügt Pelletti hinzu. Anders ausgedrückt: Entwerfen Sie eine möglichst einfache Architektur in Hardware, um die erforderlichen Funktionen für die Software bereitzustellen, und bauen Sie gleichzeitig eine Plattform mit dem Potenzial auf, im Laufe der Zeit auf eine größere Anzahl von Qubits zu skalieren.
Um das Design dieser anwendungsspezifischen supraleitenden Quantenprozessoren zu rationalisieren, haben Pelletti und ihr Team ein Softwaretool für die Quantenchip-Optimierung entwickelt – in Wirklichkeit ein automatisiertes Chip-Layout für die optimale Platzierung aller Prozessorkomponenten. „Der Arbeitsablauf umfasst die Feinabstimmung immer größerer Prozessorbereiche mit dem Ziel, die Spezifikationen zu erfüllen und die Kohärenzzeit zu verbessern, d. h. die Zeit, die ein Qubit im Grunde „am Leben bleiben“ kann“, fügt sie hinzu. „Durch die Entwicklung von Kopplungen zur Beschleunigung von Gate- und Ausleseprozessen bei gleichzeitiger Reduzierung des Rauschpegels können wir die Anzahl der Operationen erhöhen, die ausgeführt werden können, während der Prozessor kohärent bleibt.“
Beim Hineinzoomen eliminieren die wichtigsten technischen Treiber für Pelletti und ihr Team alle Störungen, die den Qubit-Betrieb beeinträchtigen könnten. Konstruieren der Plattform, um klassisches Übersprechen zu reduzieren; und das Einführen von Ad-hoc-Filtergeräten in den Chip selbst, um die Qubits vor Dekohärenz zu schützen. Sorgfältige Entscheidungen rund um die Verpackungstechnologie sind ebenfalls unerlässlich, um die Kohärenz zu maximieren, während ein datengesteuerter Ansatz für das Chipdesign alles untermauert, einschließlich der experimentellen Überprüfung (und Iteration) der wichtigsten Leistungsmetriken und ihrer Abhängigkeit von Mikrofabrikationsprozessen, Chipverpackung, kryogenen Betriebsbedingungen und dem Steuerelektronik.
Es dreht sich alles um die Menschen
Ungeachtet der technologischen Unterscheidungsmerkmale dreht sich beim Wertversprechen von Bleximo alles um seine Mitarbeiter – oder genauer gesagt, die Abstimmung des kollektiven Fachwissens und Fachwissens des Teams auf die schnelllebigen Anforderungen der aufstrebenden Quantencomputerbranche. „Auf der Hardware- und Softwareseite liegt unsere Stärke darin, eine talentierte Mischung aus Ingenieuren zu haben, die sich auf die betriebliche Ausführung und Themen wie Skalierbarkeit, Herstellbarkeit und Reproduzierbarkeit konzentrieren und mit Wissenschaftlern zusammenarbeiten, die für bahnbrechende angewandte Forschung gerüstet sind“, erklärt Sanches.
Bleximo seinerseits ist auch einzigartig, da es über ein Team von Maschinenbauingenieuren mit Spezialwissen in Kryowissenschaft und -technologie verfügt – insbesondere in den Teilsystemen der Verdünnungskühlschränke und der speziellen Verkabelung, die erforderlich sind, um den Betrieb der supraleitenden Quantenprozessoren bei ultraniedrigen Temperaturen zu erreichen. „Wir können die Physik des gesamten Quantencomputersystems aufgrund unseres internen Fachwissens in einer Reihe von Disziplinen berücksichtigen“, fügt Sanches hinzu. „Auf diese Weise schaffen wir Lösungen, um die grundlegenden Probleme dieser neuen Technologie anzugehen – Lösungen, die letztendlich die Rechenleistung in unbekanntes Terrain führen werden.“
Allgemeiner gesagt, so argumentiert Pelletti, stellt Quantencomputing einen überzeugenden Karriereweg für talentierte Doktoranden und Postgraduierte in den Natur- und Ingenieurwissenschaften dar, insbesondere für diejenigen, die ein Interesse an kontinuierlicher Problemlösung an der Schnittstelle zwischen hochmoderner Physik und technologischer Entwicklung haben. „Der Beitritt zu einem Start-up ist eine großartige Möglichkeit, sich mit allen Kerndisziplinen auf diesem Gebiet vertraut zu machen – Prozessordesign, Tests, Kryotechnik und Algorithmenentwicklung – damit Sie herausfinden können, wo Ihre Präferenzen liegen“, schließt sie.
Quantencomputer praktisch machen
Alexei Marchenkov ist Gründer und Chief Executive Officer von Bleximo. Hier gibt er Physik-Welt Die Schlagzeile nimmt die kommerzielle und technologische Roadmap des Start-ups auf.
Welche Art von Kunden und F&E-Partnern möchten Sie ansprechen?
Der Fokus von Bleximo auf anwendungsspezifische Systeme verschafft uns einen einzigartigen Vorteil, insbesondere bei Organisationen, die bereits über ein etabliertes Quantenprogramm verfügen. Wir arbeiten gerne mit Teams zusammen, die ein nuanciertes Verständnis dafür haben, was ihre Computerprobleme sind, und auch, was sie in Bezug auf eine Quantencomputerlösung für ein bestimmtes Problem oder einen Schmerzpunkt in ihrem Arbeitsablauf anstreben.
In diesem Szenario können wir uns sofort mit dem Kunden zusammensetzen, um mit der Entwicklung eines Quantencomputersystems zu beginnen, das seinen Anforderungen entspricht, und eng mit ihm bis zur Bereitstellung der Quantenmodule zusammenarbeiten. Aus unserer Sicht muss zum Beispiel ein Pharmawissenschaftler, dessen Hauptaufgabe darin besteht, neue Blockbuster-Medikamente zu entwerfen, nicht wissen, wie man einen Quantencomputer programmiert. Vielmehr werden wir Quantencomputing in ihren täglichen Betrieb integrieren.
Wie nutzen Sie das aufstrebende Branchenökosystem in der Quantenwissenschaft und -technologie?
Neben unseren bestehenden Kunden- und Partnerkooperationen ist eine geplante Initiative, mehr akademische und staatliche Forscher sowie Quanten-Start-ups in den Mix einzubeziehen. Wir haben derzeit mehrere laufende Projekte mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die Produkte für Quantencomputer, Sensorik und Kommunikation entwickeln. Diese Partnerschaften beschleunigen unsere eigene Plattformentwicklung und generieren gleichzeitig Einnahmen.
Wie sieht der Erfolg kurz- und mittelfristig aus?
Im Moment liegt die Priorität für Bleximo auf der kontinuierlichen Produktverbesserung und technologischen Innovation, der Entwicklung von Architekturen, Algorithmen und Kompilierungsmethoden, die die Leistung unserer supraleitenden Quantenprozessoren verbessern werden.
In den nächsten 12 Monaten werden wir Prozessoren einsetzen, die auf mehrere spezifische Algorithmen abzielen – auf der Ebene von acht bis 16 Qubits – und Betatests mit einem Netzwerk strategischer Partner einleiten. Der Kontext hier ist, dass Konnektivität, Wiedergabetreue und Kohärenzzeiten häufig ein Engpass für Entwickler sind, viel mehr als eine große Anzahl von Qubits. Unsere Partner können ihre Software auf unserem Backend ausführen und ihre Leistung mit der anderer Backends vergleichen.
In drei Jahren planen wir die Skalierung auf 1000-Qubit-Prozessoren. Vor diesem Hintergrund arbeiten wir an einer hybriden Prozessorarchitektur, die supraleitende und photonische Technologien kombiniert, von denen wir glauben, dass sie eine viel billigere und zuverlässigere Steuerung von supraleitenden Qubits auf einem Chip mit hoher Dichte ermöglichen werden – bis zu 1000 Qubits auf einem 6-Zoll-Wafer .
Die Post Bleximo baut seinen Wettbewerbsvorteil mit einem anwendungsspezifischen Ansatz auf erschien zuerst auf Physik-Welt.
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