Google erreicht mit 72-Qubit-Rechner Durchbruch bei Quantenrechnern

Google meldet einen Durchbruch beim Quantencomputing. Der Quantenrechner-Chip Bristlecone verfügt über 72 Qubits. Das ist eine deutliche Steigerung zu dem bisherigem Google-Chip, der über 9 Qubits verfügte.

Google meldet, einen Quantenrechner-Chip mit 72 Qubits realisiert zu haben (Bild: Google).

„Wir sind vorsichtig optimistisch, dass die Quantum Supremacy mit Bristlecone erreicht werden kann“, fasst es Julian Kelly, ein Forscher aus Googles Quantum AI-Lab in einem Blogeintrag. Diese „Überlegenheit“ beschreibt den Punkt, an dem Quantenrechner leistungsfähiger werden als herkömmliche Rechner, oder Aufgaben übernehmen, die mit einem normalen Rechner schwer oder gar nicht bewältigt werden können.

Jetzt will Google auf dem neuen Rechner ähnliche Fehlerraten erreichen wie es mit der 9-Qubit-Hardware möglich war: 1 Prozent bei Readout, 0,1 Prozent für Single-Qubit-Gates und 0,6 Prozent für ein Gate mit zwei Qubit.

„Wir glauben, dass Bristlcone ein überzeugendes Proof-of-Principle für größere Quantenrechner ist“, so Kelly weiter. Bisher war man davon ausgegangen, dass eine Supremacy-Rechner etwa 50 Quantum-Bits braucht, um traditionelle Rechner bei bestimmten Aufgaben übertrumpfen zu können. Daher sollte Googles Hardware eigentlich ausreichend sein.

Doch neben einer hohen Qubit-Anzahl ist es auch noch entscheidend, dass die Fehlerrate niedrig genug ist, um den Rechner praktisch einsetzen zu können. Doch mit einigen wenigen Messdurchläufen ist es wohl nicht getan, um dieses Ziel zu erreichen.

„Ein System wie Bristlecon mit niedrigen Systemfehlern betreiben zu können, erfordert die Abstimmung von einem ganzen Technologie-Stack, der von der Software und der Steuerelektronik bis hin zum Prozessor selbst reicht“, erklärt Kelly. Um das zu erreichen, bedarf es zahlreicher Durchläufe.

Google ist nicht alleine mit den Forschungen zu Quantenrechnern. IBM, Microsoft, Intel oder Spezialisten wie D-Wave wollen ebenfalls diese vielversprechende Technologie mitgestalten.

Google muss nun die Fehlerrate senken, um ein praktisch einsetzbares System zu bekommen (Bild: Google).

Allerdings werden dadurch auch neue Programme nötig. Bislang werden solche Programme für Simulationen, geschrieben. Dabei bilden herkömmliche Rechner die Architektur eines Quantenrechners nach. Mit immer kleineren Strukturbreiten werden ‚normale‘ Chips eines Tages an eine Grenze kommen, bei der sich die Leistungsfähigkeit nicht mehr steigern lassen wird. Diese Grenze soll sich dann mit Quantenrenchern umgehen lassen. Allerdings ist derzeit auch noch nicht klar, wie schwierig die Programmierung von Programmen für diese Systeme sein wird.

Einige Unternehmen wie Samsung, Daimer, Honda oder JP Morgan Chase beteiligen sich seit vergangenem Jahr an IBMs Quantenrechner-Projekt. Wobei diese Kundenprojekte auch noch eher Forschungszwecken dienen.

Das zugrunde liegende physikalische Prinzip von Quantenrechnern lässt sich ebenfalls eher schwer fassen. Es basiert darauf, dass ein Qubit mehrere Zustände annehmen kann als eins und null. Dank dieser Superposition kann ein einzelnes Qubit beide Zustände gleichzeitig haben.

Durch diese neue Rechenarchitektur könnten beispielsweise in Sekundenbruchteilen sehr starke Verschlüsselungen geknackt werden. Zudem sind damit Simulationen möglich, die sich mit einem klassischen Rechner nicht nachbilden lassen, was für die Entwicklung von Medikamenten oder neuen Materialien einen erheblichen Vorteil verspricht. Auch autonome Systeme oder künstliche Intelligenz könnte durch Quantencomputing profitieren.

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