Der leistungsstärkste Computer der Welt

IBM und Google entwickeln derzeit Quantencomputersysteme mit Hunderttausenden bis Millionen Qubits und dürften in den nächsten zehn Jahren fertiggestellt sein.

IBM Quantencomputer. Foto: IBM

Ende letzten Jahres stellte IBM den Rekord für den größten Quantencomputer mit einem Prozessor aus 433 Quantenbits oder Qubits auf, der Einheit der Quanteninformationsverarbeitung. Auf dem G7-Gipfel verkündete das Unternehmen ein noch größeres Ziel: die Fertigstellung eines 100.000-Qubit-Computers innerhalb der nächsten zehn Jahre.

IBM sagte, es werde 100 Millionen Dollar investieren, um einen Supercomputer zu entwickeln, der Probleme lösen kann, die kein anderer Supercomputer lösen kann. IBMs Idee besteht darin, diesen 100.000-Qubit-Computer in Kombination mit den besten Supercomputern zu nutzen, um neue Medikamente, neue Düngemittel, neue Batterieverbindungen und eine Vielzahl anderer Anwendungen zu entwickeln.

Quantencomputer verarbeiten Informationen auf der Grundlage der Ausnutzung der Eigenschaften von Elementarteilchen. Elektronen, Atome und kleine Moleküle können gleichzeitig in mehreren Energiezuständen existieren (ein Phänomen, das als Superpositionsprinzip bekannt ist) und die Zustände der Teilchen können miteinander verknüpft sein. Jedes Qubit kann gleichzeitig im Zustand 0 und 1 existieren, statt nur im Zustand 0 oder 1 wie ein herkömmliches Computerbit, sodass es mehrere Berechnungen gleichzeitig durchführen kann.

Quantencomputer mit einer Million Qubits

Trotz ihrer Versprechen haben Quantencomputer bisher nichts Nützliches geleistet, was herkömmliche Supercomputer nicht können. Der Grund dafür ist, dass sie nicht über genügend Qubits verfügen und Quantencomputersysteme leicht durch kleine Störungen, sogenanntes Rauschen, gestört werden.

Forscher gehen davon aus, dass Quantencomputersysteme erheblich skaliert werden müssen, damit sie einen großen Teil der Qubits für die Korrektur von durch Rauschen verursachten Fehlern verwenden können.

Daher lässt sich die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers nicht allein durch die Anzahl der Qubits bestimmen. Genauere Einzelheiten zum Aufbau der Qubits, zur Korrektur von Rauschfehlern und zu ihrer praktischen Funktionsweise müssen noch ermittelt werden.

Google sagt, dass es in diesem Jahrzehnt einen Quantencomputer mit einer Million Qubits entwickeln wird. Foto: Reuters

IBM ist nicht das einzige Unternehmen mit großen Zielen. Google will bis zum Ende des Jahrzehnts einen Quantencomputer mit einer Million Qubits entwickeln, von dem nur 10.000 Qubits für Berechnungen und der Rest für die Fehlerkorrektur vorgesehen sind.

IonQ strebt bis 2028 die Entwicklung von 1.024 „logischen Qubits“ an, die jeweils aus einer Fehlerkorrekturschaltung aus 13 physischen Qubits bestehen. PsiQuantum strebt, wie Google, ebenfalls den Bau eines Quantencomputers mit einer Million Qubits an, hat jedoch weder Zeitpläne noch Fehlerkorrekturkonfigurationen bekannt gegeben.

Eine Erfolgsgarantie gibt es nicht.

Die Qubits von IBM bestehen derzeit aus supraleitenden Metallringen, die bei Temperaturen im Millikelvin-Bereich, also knapp über dem absoluten Nullpunkt von -273 Grad Celsius, Atomen ähneln. Laut IBM können Qubits dieses Typs mit der aktuellen Technologie nur auf bis zu 5.000 Qubits skaliert werden, was nicht groß genug ist, um einen großen Rechenvorteil zu bieten.

Derzeit benötigt jedes supraleitende Qubit von IBM zum Betrieb etwa 65 Watt. Bei 100.000 Qubits bräuchte man ein Kernkraftwerk, um den Computer mit Strom zu versorgen, und Milliarden von Dollar, um ihn zu entwickeln. Jay Gambetta, Vizepräsident der Quantencomputerabteilung von IBM, sagte, das Unternehmen plane, die „Complementary Metal-Oxide Semiconductor“-Technologie (CMOS) einzusetzen, die neben Qubits installiert werden könne, um sie mit nur einigen zehn Milliwatt Leistung zu betreiben.

CMOS befinde sich noch im experimentellen Stadium und die für Quanten-Supercomputer erforderlichen Technologien existierten noch nicht, räumt Gambetta ein.

Es gibt keine Garantie, dass die für dieses Projekt ausgegebenen 100 Millionen Dollar ausreichen werden, um einen 100.000-Qubit-Computer zu bauen. „Es gibt definitiv Risiken“, sagte Gambetta.

„Es wird keine völlig reibungslose Reise“, sagte Joe Fitzsimons, CEO von Horizon Quantum, einem in Singapur ansässigen Entwickler von Quantensoftware.

Der Plan von IBM scheine vernünftig, sagte Fitzsimons, auch wenn es viele potenzielle Hürden gebe. „In dieser Größenordnung wäre es sehr schwierig, Kontrollsysteme zu entwickeln, die eine so große Anzahl von Qubits effizient betreiben könnten“, sagte der Experte.

Laut Zing

Quelle: https://baohatinh.vn/thiet-bi-so/chiec-may-tinh-manh-nhat-the-gioi/249183.htm