Komputery kwantowe kojarzą się przede wszystkim z kubitami, egzotycznymi prawami fizyki i obietnicą wykonywania obliczeń niedostępnych dla klasycznych superkomputerów. Tymczasem jednym z największych problemów stojących przed ich twórcami okazuje się coś znacznie bardziej przyziemnego - chłodzenie. IBM poinformował w sierpniu 2026 roku o połączeniu dwóch dużych modułów kriogenicznych w jedno środowisko zdolne osiągnąć temperaturę poniżej 15 milikelwinów. To około 0,015 stopnia powyżej zera absolutnego, czyli mniej więcej -273,135 stopnia Celsjusza. Nowa konstrukcja nie jest kolejnym procesorem z rekordową liczbą kubitów. To infrastruktura, która ma pozwolić łączyć wiele procesorów kwantowych i w przyszłości budować znacznie większe maszyny. IBM traktuje ją jako jeden z kluczowych kroków prowadzących do Quantum Starling, zapowiadanego na 2029 rok odpornego na błędy komputera kwantowego. 

Dlaczego komputer kwantowy IBM musi być chłodzony niemal do zera absolutnego?

IBM rozwija procesory oparte na nadprzewodzących kubitach, które wymagają ekstremalnie niskich temperatur. Kubity są niezwykle wrażliwe na wpływ otoczenia. Ciepło oznacza ruch i energię mogące zaburzać delikatny stan kwantowy wykorzystywany podczas obliczeń. Im większy wpływ szumu termicznego, tym trudniej zachować kontrolę nad kubitem odpowiednio długo, aby wykonać potrzebne operacje. Dlatego procesor znajduje się wewnątrz specjalnego kriostatu wyposażonego w lodówkę rozcieńczalnikową. Zadaniem całej konstrukcji jest stopniowe obniżanie temperatury aż do wartości liczonych w milikelwinach. IBM informuje, że połączone moduły nowego systemu osiągnęły mniej niż 15 milikelwinów, czyli temperaturę ponad 180 razy niższą niż typowa temperatura przestrzeni kosmicznej.

Nie chodzi przy tym wyłącznie o ustanawianie imponujących rekordów zimna. Odpowiednia temperatura jest niezbędna, aby układy nadprzewodzące zachowywały właściwości potrzebne do działania kubitów oraz aby ograniczyć wpływ energii cieplnej na wykonywane operacje. W tradycyjnym komputerze wzrost temperatury procesora może prowadzić do obniżenia taktowania lub konieczności mocniejszego chłodzenia. W komputerze kwantowym sytuacja jest dużo bardziej wymagająca, ponieważ nawet niewielkie zakłócenia mogą zwiększać prawdopodobieństwo błędu obliczeniowego. Kriostat musi więc nie tylko schłodzić procesor do ekstremalnej temperatury, ale następnie stabilnie utrzymywać takie warunki podczas wykonywania eksperymentów. Wraz ze wzrostem liczby procesorów, przewodów i układów sterujących zadanie staje się coraz trudniejsze, dlatego rozwój chłodzenia jest bezpośrednio związany ze skalowaniem komputerów kwantowych.

Co właściwie zbudował IBM i dlaczego nowy system kriogeniczny jest tak ważny?

Nowością zaprezentowaną przez IBM nie jest pojedyncza gigantyczna lodówka, lecz modułowa architektura kriogeniczna. Firma połączyła dwa niezależne moduły w jedno wspólne, ultrazimne środowisko. Razem konstrukcja ma ponad 8 stóp wysokości i 8 stóp szerokości, czyli ponad 2,4 metra w obu wymiarach. Testy wykazały, że cały zestaw może osiągnąć temperaturę 4 kelwinów w czasie krótszym niż pięć dni, a następnie zejść poniżej 15 milikelwinów. Każdy moduł zapewnia przy tym nawet 12 razy więcej przestrzeni na okablowanie niż rozwiązania stosowane w najbardziej rozpowszechnionych obecnie systemach kwantowych IBM. To bardzo ważne, ponieważ większa liczba kubitów oznacza również coraz większą liczbę połączeń potrzebnych do sterowania procesorami i przesyłania informacji.

Moduły mają formę dużych, prostokątnych komór, które można ustawiać obok siebie i łączyć. Każda posiada własną komorę próżniową, układ chłodzenia oraz osłony termiczne. Pomiędzy sąsiadującymi elementami powstaje chroniony kriogenicznie tunel umożliwiający prowadzenie połączeń pomiędzy procesorami bez wyprowadzania sygnałów do znacznie cieplejszego otoczenia. IBM chce wykorzystywać między innymi własną technologię L-coupler do łączenia oddzielnych chipów kwantowych. Dzięki temu zamiast próbować zmieścić coraz większą liczbę kubitów na jednym ogromnym procesorze można budować system przypominający zestaw współpracujących modułów. To koncepcja podobna do zmian zachodzących w klasycznych procesorach, gdzie pojedyncze ogromne układy coraz częściej zastępowane są architekturami opartymi na współpracujących chipletach.

Dlaczego nie można po prostu zbudować jednego procesora kwantowego z tysiącami kubitów?

Zwiększanie liczby kubitów na pojedynczym chipie napotyka coraz więcej problemów technicznych. Każdy dodatkowy kubit wymaga odpowiedniego sterowania i odczytu, a sygnały muszą zostać doprowadzone do procesora znajdującego się na najniższym, najzimniejszym poziomie urządzenia. Rosnąca liczba przewodów zajmuje miejsce i może dostarczać dodatkowe ciepło. Pojawia się również zjawisko przesłuchu, czyli crosstalk. Operacja wykonywana na jednym kubicie może niepożądanie wpływać na kubit znajdujący się w pobliżu, zwiększając liczbę błędów. IBM już w 2023 roku pokazał procesor Condor przekraczający granicę tysiąca kubitów, ale sama liczba kubitów nie jest dzisiaj najważniejszą miarą możliwości komputera kwantowego.

Dlatego branża coraz częściej koncentruje się na jakości kubitów, liczbie operacji możliwych do przeprowadzenia przed wystąpieniem błędu oraz możliwościach korekcji błędów. Modułowość ma pozwolić zwiększać system bez konieczności budowania jednego niewyobrażalnie dużego chipu. Poszczególne procesory mogłyby wykonywać różne fragmenty obliczenia, wymieniając między sobą informacje poprzez specjalne połączenia. Problem polega na tym, że połączenie dwóch procesorów kwantowych jest znacznie trudniejsze niż podłączenie dwóch klasycznych komputerów kablem sieciowym. Trzeba zachować właściwości kwantowe przesyłanych informacji i ograniczyć dodatkowe błędy. Nowy system chłodzenia IBM tworzy fizyczną przestrzeń potrzebną do eksperymentowania właśnie z takimi konstrukcjami.

Czym będzie IBM Quantum Starling i dlaczego rok 2029 może być przełomowy?

Najważniejszym celem aktualnej mapy rozwoju IBM jest Quantum Starling. Firma planuje udostępnić tę maszynę klientom w 2029 roku i przedstawia ją jako pierwszy duży komputer kwantowy odporny na błędy. Według obecnych założeń Starling ma posiadać 200 logicznych kubitów i wykonywać obwody obejmujące nawet 100 milionów bramek kwantowych. Jest to istotne rozróżnienie, ponieważ kubit logiczny nie jest tym samym co pojedynczy fizyczny kubit znajdujący się na procesorze. Kubity logiczne mają powstawać dzięki wykorzystaniu wielu fizycznych elementów oraz systemu korekcji błędów, który pozwala wykrywać i naprawiać część zakłóceń pojawiających się podczas wykonywania obliczeń.

Właśnie korekcja błędów jest dziś jednym z najważniejszych celów całej branży kwantowej. Obecne komputery potrafią wykonywać coraz bardziej skomplikowane eksperymenty, ale ich kubity pozostają podatne na zakłócenia. Im dłuższy algorytm, tym większe ryzyko, że błędy skumulują się i wynik przestanie być użyteczny. Komputer odporny na błędy ma rozwiązać ten problem poprzez kodowanie informacji w logicznych kubitach i ciągłą kontrolę poprawności operacji. IBM twierdzi, że Starling ma być zdolny do wykonania około 20 tys. razy większej liczby operacji niż dzisiejsze systemy. Nowa infrastruktura kriogeniczna jest potrzebna właśnie dlatego, że stworzenie takich logicznych kubitów będzie wymagało ogromnej liczby elementów fizycznych pracujących razem w ekstremalnie stabilnym środowisku.

Czy IBM naprawdę zbuduje komputer kwantowy odporny na błędy już w 2029 roku?

Rok 2029 jest obecnie celem firmy, a nie gwarantowanym terminem ukończenia technologii. IBM publikuje szczegółową mapę rozwoju, w której kolejne procesory i rozwiązania mają stopniowo prowadzić do Starling. W 2026 roku firma planuje wykorzystać procesor Kookaburra do demonstracji modułu obejmującego logiczną jednostkę obliczeniową oraz pamięć kwantową. W następnym etapie rozwiązania mają umożliwiać komunikację pomiędzy kolejnymi modułami. Nowa infrastruktura kriogeniczna stanowi część tego planu, ponieważ przyszłych procesorów nie będzie można umieszczać wyłącznie w dzisiejszych pojedynczych cylindrycznych kriostatach. Firma chce mieć możliwość rozwijania całych systemów poprzez dokładanie kolejnych komór i procesorów.

Droga do 2029 roku nadal obejmuje jednak wiele niewiadomych. IBM musi udoskonalić fizyczne kubity, skalować produkcję procesorów, rozwijać połączenia między układami oraz udowodnić, że korekcja błędów działa wystarczająco wydajnie przy dużej skali. Potrzebna jest również bardzo szybka klasyczna elektronika analizująca błędy i podejmująca decyzje w czasie rzeczywistym. Ostateczny komputer kwantowy jest więc systemem łączącym fizykę niskich temperatur, półprzewodniki, elektronikę mikrofalową, klasyczne procesory, oprogramowanie i algorytmy korekcji błędów. Sam kriostat nie rozwiązuje wszystkich problemów. Sukces najnowszego testu oznacza przede wszystkim, że jeden z elementów potrzebnych do budowy znacznie większych maszyn zaczyna działać zgodnie z przyjętą przez IBM koncepcją.

Ile kubitów mogą pomieścić nowe kriostaty IBM i jak duże staną się komputery kwantowe?

IBM zakłada, że w przyszłości pojedynczy moduł nowej infrastruktury kriogenicznej będzie mógł obsługiwać tysiące kubitów. Firma chce później łączyć wiele takich modułów, dzięki czemu skala całego systemu przestanie być ograniczona pojemnością pojedynczego kriostatu. Już do 2027 roku roadmap zakłada wykorzystanie połączeń pomiędzy procesorami do stworzenia systemu posiadającego co najmniej 1000 programowalnych kubitów. Jeszcze w 2026 roku IBM zamierza instalować procesory Nighthawk w nowych modułach kriogenicznych i prowadzić kolejne testy wydajności oraz stabilności całej konstrukcji. Ostatecznie infrastruktura ma obsługiwać znacznie bardziej rozbudowane systemy potrzebne do korekcji błędów.

Nie należy jednak utożsamiać tysięcy fizycznych kubitów z tysiącami kubitów dostępnych dla użytkownika przyszłego komputera odpornego na błędy. Korekcja błędów wymaga wykorzystania wielu fizycznych kubitów do utworzenia znacznie mniejszej liczby stabilnych kubitów logicznych. Dlatego Starling ma według planów oferować 200 logicznych kubitów, mimo że infrastruktura potrzebna do ich działania będzie znacznie większa. Kolejnym etapem po Starling ma być IBM Quantum Blue Jay. Firma planuje w dalszej perspektywie stworzyć system posiadający około 2000 logicznych kubitów i zdolny do wykonania miliarda operacji kwantowych. W takim świecie wielkość chłodzenia, liczba przewodów i możliwość modułowego rozbudowywania infrastruktury staną się równie ważne jak konstrukcja samych chipów.

Czy komputery kwantowe zastąpią dzisiejsze procesory, GPU i superkomputery?

Nie taki jest obecnie kierunek rozwoju technologii. Komputer kwantowy nie jest po prostu znacznie szybszym odpowiednikiem peceta. Nie będzie lepszym urządzeniem do uruchamiania systemu Windows, renderowania każdej grafiki, obsługi arkusza kalkulacyjnego czy wykonywania wszystkich klasycznych obliczeń. Jego potencjalna przewaga dotyczy określonych klas problemów, które można przedstawić w sposób pozwalający wykorzystać właściwości mechaniki kwantowej. IBM mówi dlatego o koncepcji quantum-centric supercomputing, czyli środowisku, w którym procesory kwantowe współpracują z klasycznymi CPU, GPU oraz infrastrukturą HPC. Poszczególne fragmenty problemu trafiają do tego rodzaju procesora, który potrafi wykonać je najefektywniej.

W praktyce użytkownik przyszłego systemu może nawet nie zastanawiać się nad tym, która część obliczenia wykonywana jest przez komputer kwantowy. Oprogramowanie będzie mogło rozdzielać zadania pomiędzy procesory klasyczne i kwantowe, podobnie jak dzisiejsze aplikacje wykorzystują jednocześnie CPU oraz GPU. IBM rozwija Qiskit i narzędzia mające umożliwiać budowanie takich hybrydowych przepływów pracy. W marcu 2026 roku firma opublikowała również architekturę referencyjną opisującą integrację komputerów kwantowych z klasycznymi środowiskami superkomputerowymi. Rewolucja kwantowa nie musi więc oznaczać końca dzisiejszych maszyn. Znacznie bardziej prawdopodobne jest powstanie nowej kategorii akceleratorów wykorzystywanych do szczególnie trudnych elementów dużych problemów naukowych i przemysłowych.

Do czego mogą być wykorzystywane duże komputery kwantowe odporne na błędy?

Jednym z najbardziej naturalnych zastosowań są symulacje chemiczne i materiałowe. Układy molekularne same podlegają prawom mechaniki kwantowej, dlatego dokładne symulowanie ich zachowania na komputerach klasycznych może wymagać ogromnych zasobów. Odpowiednio zaawansowany komputer kwantowy mógłby pomóc analizować właściwości nowych materiałów, katalizatorów, związków chemicznych czy procesów istotnych dla projektowania leków. IBM prowadzi już eksperymenty z partnerami z sektora naukowego i medycznego, choć obecne maszyny nadal znajdują się daleko od uniwersalnego rozwiązania wszystkich tego rodzaju problemów. Firma wskazuje również na potencjalne zastosowania w optymalizacji, fizyce, finansach i innych obszarach, w których klasyczne metody napotykają bardzo szybko rosnącą złożoność obliczeniową.

Istotne jest jednak rozróżnienie potencjału od obecnych możliwości. Dzisiejsze komputery kwantowe nie zastępują superkomputerów w projektowaniu nowych leków ani nie rozwiązują automatycznie problemów logistycznych największych przedsiębiorstw. Branża próbuje obecnie znaleźć przypadki, w których urządzenie kwantowe zapewnia praktyczną przewagę nad najlepszymi dostępnymi metodami klasycznymi. IBM zakłada demonstrację pierwszych przykładów quantum advantage w 2026 roku, ale nawet osiągnięcie takiego wyniku nie będzie oznaczało natychmiastowej rewolucji w każdej dziedzinie gospodarki. Najbardziej wartościowe zastosowania prawdopodobnie będą pojawiały się stopniowo wraz ze wzrostem jakości procesorów, długości możliwych do wykonania obwodów i rozwojem komputerów odpornych na błędy.

Dlaczego IBM inwestuje ponad 10 mld dolarów w rozwój komputerów kwantowych?

Skala planów IBM pokazuje, że firma traktuje quantum computing jako jeden ze strategicznych kierunków swojej przyszłości. W czerwcu 2026 roku zapowiedziała przeznaczenie ponad 10 mld dolarów na rozwój technologii kwantowych w ciągu kolejnych pięciu lat. Pieniądze mają finansować badania, rozwój produkcji, inwestycje kapitałowe, przejęcia oraz budowanie ekosystemu. IBM podaje, że uruchomił już ponad 90 systemów kwantowych dostępnych poprzez chmurę lub instalowanych bezpośrednio u klientów i partnerów. Sieć IBM Quantum obejmuje ponad 340 organizacji, a wartość kontraktów podpisanych w ramach programu od 2017 roku przekroczyła według firmy 1,1 mld dolarów.

Inwestycja jest jednocześnie zakładem o to, że branża przejdzie z epoki eksperymentalnych procesorów do maszyn zapewniających realne korzyści gospodarcze. Jeżeli uda się zbudować systemy odporne na błędy, rynek może potrzebować nie tylko procesorów, ale również gigantycznych kriostatów, specjalistycznej elektroniki, oprogramowania, centrów obliczeniowych i usług chmurowych. IBM próbuje rozwijać wiele z tych elementów równocześnie. Najnowszy system chłodzenia dobrze pokazuje skalę wyzwania. Przełom kwantowy nie zależy od wynalezienia jednego genialnego układu. Potrzebny jest cały ekosystem technologii zdolnych utrzymać tysiące kubitów w temperaturze niemal zera absolutnego, połączyć je ze sobą i kontrolować z dokładnością pozwalającą wykonywać miliony operacji bez utraty wiarygodności wyniku.

Czy nowy system chłodzenia IBM oznacza, że era praktycznych komputerów kwantowych jest już blisko?

Połączenie dwóch kriogenicznych modułów nie oznacza, że za rok będziemy korzystać z komputerów kwantowych zamiast laptopów czy klasycznych serwerów. Jest jednak ważnym krokiem, ponieważ rozwiązuje problem, który pojawiłby się niezależnie od tego, jak dobre staną się kolejne procesory. Jeżeli przyszły komputer kwantowy ma składać się z wielu współpracujących chipów i tysięcy fizycznych kubitów, wszystkie te elementy trzeba umieścić w stabilnym środowisku, dostarczyć do nich sygnały oraz połączyć bez nadmiernego zwiększania temperatury i poziomu zakłóceń. Tradycyjny kriostat ma fizyczne ograniczenia. Modułowa konstrukcja daje możliwość dokładania kolejnych elementów i wymiany pojedynczych części bez projektowania całego systemu od początku.

Najbliższe trzy lata pokażą, czy wszystkie elementy planu IBM uda się połączyć w działającą całość. Firma musi przejść od obecnych procesorów przez moduły korekcji błędów i połączone układy aż do Starlinga planowanego na 2029 rok. Nowy kriostat sam nie wykonuje przełomowych obliczeń, ale bez podobnej infrastruktury duży komputer odporny na błędy może po prostu nie być możliwy do zbudowania. Dlatego najważniejszą wiadomością nie jest nawet temperatura wynosząca mniej niż 15 milikelwinów. Znacznie ważniejsze jest to, że IBM próbuje stworzyć chłodzenie, które będzie można skalować wraz z całym komputerem. Jeśli ta koncepcja zadziała, komputery kwantowe mogą wejść w etap, w którym wyścig przestanie dotyczyć pojedynczych eksperymentalnych chipów, a zacznie obejmować budowę kompletnych, wielomodułowych maszyn zdolnych wykonywać długie i wiarygodne obliczenia.