Quantencomputersysteme mit Hunderttausenden bis Millionen Qubits werden von IBM und Google entwickelt und voraussichtlich in den nächsten 10 Jahren fertiggestellt.
IBM Quantencomputer. Foto: IBM
Ende letzten Jahres stellte IBM den Rekord für den größten Quantencomputer mit einem Prozessor von 433 Quantenbits oder Qubits, der Einheit der Quanteninformationsverarbeitung, auf. Auf dem G7-Gipfel kündigte das Unternehmen ein größeres Ziel an: die Fertigstellung eines 100.000-Qubit-Computers innerhalb der nächsten 10 Jahre.
IBM sagte, es werde 100 Millionen US-Dollar ausgeben, um einen Supercomputer zu entwickeln, der Probleme lösen kann, die kein anderer Supercomputer lösen kann. Die Idee von IBM 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.
Quantencomputing verarbeitet Informationen basierend auf der Ausnutzung der Eigenschaften von Elementarteilchen. Elektronen, Atome und kleine Moleküle können gleichzeitig in mehr als einem Energiezustand existieren, was als Superpositionsprinzip bekannt ist, und die Zustände der Teilchen können miteinander verbunden sein. Jedes Qubit kann gleichzeitig in den Zuständen 0 und 1 existieren, statt 0 oder 1 wie normale Computerbits, sodass viele Berechnungen gleichzeitig durchgeführt werden können.
Quantencomputer Millionen Qubits
Trotz ihrer Versprechen haben Quantencomputer bisher nichts Nützliches geschafft, was herkömmliche Supercomputer nicht leisten können. Der Grund dafür ist, dass sie nicht über genügend Qubits verfügen und Quantencomputersysteme anfällig dafür sind, durch kleine Störungen, sogenanntes Rauschen, gestört zu werden.
Die Forscher gehen davon aus, dass Quantencomputersysteme erheblich skaliert werden müssen, damit sie einen großen Teil der Qubits für die durch Rauschen verursachte Fehlerkorrektur aufwenden können.
Daher repräsentiert die Anzahl der Qubits allein nicht die Leistungsfähigkeit eines Quantencomputers. Die Einzelheiten zum Aufbau der Qubits, die Fähigkeit zur Korrektur von Rauschfehlern und die Fähigkeit zum Betrieb in der realen Welt bleiben abzuwarten.
Google will innerhalb dieses Jahrzehnts Quantencomputer mit Millionen von Qubits entwickeln. Foto: Reuters
IBM ist nicht das einzige Unternehmen mit großen Zielen. Google will bis zum Ende des Jahrzehnts einen Quantencomputer mit einer Million Qubits schaffen, von dem nur 10.000 für Berechnungen und der Rest zur Fehlerkorrektur verwendet werden sollen.
IonQ strebt an, bis 1.024 über 13 „logische Qubits“ zu verfügen, wobei jedes logische Qubit aus einer Fehlerkorrekturschaltung aus 2028 physikalischen Qubits besteht. PsiQuantum strebt ebenso wie Google den Bau eines millionsten Quantencomputer-Qubits an, gab dies jedoch nicht bekannt Zeitpläne oder feste Konfigurationen.
Eine Erfolgsgarantie gibt es nicht
Die Qubits von IBM bestehen nun aus supraleitenden Metallringen, die wie Atome bei Temperaturen im Millikelvin-Bereich nur knapp über dem absoluten Nullpunkt oder -273 Grad Celsius liegen, sagte IBM. Qubits dieser Art können mit Strom nur auf bis zu 5.000 Qubits skaliert werden Technologie, nicht groß genug, um einen großen Rechenvorteil zu bieten.
Derzeit benötigt jedes supraleitende Qubit von IBM etwa 65 Watt zum Betrieb. Bei 100.000 Qubits wären ein Atomkraftwerk zur Energieversorgung und Milliarden Dollar für die Entwicklung von Computern nötig. Jay Gambetta, IBMs Vizepräsident für Quantencomputing, sagte, das Unternehmen beabsichtige, für den Betrieb „Complementary Metal Oxide Semiconductor“ (CMOS)-Technologie zu verwenden, die neben Qubits installiert werden kann. Sie haben nur eine Leistung von mehreren zehn Milliwatt.
CMOS befinde sich noch im experimentellen Stadium und die notwendigen Technologien für Quanten-Supercomputer seien noch nicht vorhanden, räumte Gambetta ein.
Es gibt keine Garantie dafür, dass die für dieses Projekt ausgegebenen 100 Millionen US-Dollar ausreichen werden, um einen 100.000-Qubit-Computer zu bauen. „Es besteht definitiv ein Risiko“, sagte Gambetta.
„Das wird keine völlig reibungslose Reise“, sagte Joe Fitzsimons, CEO von Horizon Quantum, einem Quantensoftwareentwickler mit Sitz in Singapur.
Laut Fitzsimons ist der Plan von IBM trotz möglicher Hürden sinnvoll. „In diesem Maßstab wird es schwierig sein, Steuerungssysteme zu entwickeln, die eine so große Anzahl von Qubits effizient betreiben können“, sagte der Experte.
Laut Zing
