Quantencomputer: Der erste 1000-Quantenbit-Rechner ist in greifbarer Nähe

Quantencomputer werden als Rechner der Zukunft gesehen. Sie können komplexe Aufgaben wesentlich schneller und effizienter erledigen als herkömmliche Rechner. Statt mit herkömmlichen Bits arbeiten Quantenrechner mit Quantenbits. Diese kennen nicht nur die Zustände Null und Eins, sondern dank des Phänomens der Quantenüberlagerung auch Zustände dazwischen. Allerdings ist die Arbeit mit Qubits aus verschiedenen Gründen kompliziert, weshalb bisherige Quantencomputer sich auch wenige dieser Einheiten beschränken. Das Unternehmen IBM hat nun einen Meilenstein angekündigt: Bis 2023 will man einen Quantencomputer mit mehr als 1000 Qubits fertigstellen.

IBM will durch die Schallmauer

So verheißungsvoll das Thema Quantencomputer auch ist: In der Praxis sind die Qubits sehr störanfällig. Je mehr der Quanteneinheiten miteinander kombiniert werden, desto instabiler und störanfälliger ist das System. Der erste kommerzielle Quantencomputer hatte daher auch nur 5 Qubits. Die Rekorde halten derweil IBM mit einem 65-Qubits-System und Google mit 54 Qubits. Ein Team aus Europa arbeitet derweil an der 100-Qubits-Marke und will diese bis 2021 knacken.

IBM hat sich da ganz andere Ziele gesteckt. Aus einer aktuellen Roadmap geht hervor, dass das Unternehmen bis 2023 einen Quantencomputer mit mehr als 1000 Qubits entwickeln will. „ Die Marke von 1.000 Qubits und mehr pro System wird als die Schallmauer angesehen, ab der wir auf einem Quantencomputer Probleme effizienter lösen können als auf den leistungsstärksten Supercomputern von heute“, heißt es von Seiten des Unternehmens.

Das Projekt läuft unter dem Namen „IBM Quantum Condor“ und soll den Weg für wirklich einsetzbare Quantencomputer ebnen. „ Die größte Herausforderung ist es, herauszufinden, wie man Qubit-Systeme dieser Größe lange genug und mit wenig genug Fehlern laufen lassen kann“, so Projektleiter Jay Gambetta.

Neue Technologien ermöglichen mehr Qubits

Der Quantum Condor soll am Ende über insgesamt 1121 Quantenbits verfügen – und zwar in Form sogenannter „Transmon-Qubits“. Das sind virtuelle Teilchen in Form supraleitender Inseln in fünf Metallspulen. Über Mikrowellen können diese Qubits dann zu Schaltkreisen verknüpft werden. Dieses System soll dann in einem speziellen, drei Meter hohen „Gefrierschrank“ stabilisiert werden, der die Supraleiter und die erzeugten Transmons unter Einsatz flüssigen Heliums auf eine Temperatur knapp über dem absoluten Nullpunkt herunterkühlen kann. Dieser Schrank befindet sich derzeit in der Entwicklung und wurde auf den Namen „Behemoth“ getauft. „ Wir haben diesen Behemoth schon im Hinblick auf kommende Millionen-Qubit-Systeme hin entwickelt. Für die Zukunft stellen wir uns über Quantenlinks verbundene Gefrierschränke vor, die jeder eine Million Qubits enthalten. Ähnlich wie die Intranetlinks der heutigen Supercomputer-Prozessoren würde dies einen massiv parallelen Quantencomputer erzeugen, der die Welt verändern kann“, so Gambetta weiter.

Neben dem „Behemoth“ sollen bei dem Quantum Condor Computer neue Formen der Verschaltung zum Einsatz kommen, die IBM auch schon beim aktuellen 65-Qubits-Quantencomputer einsetzt. „ Ähnlich wie die Intranetlinks der heutigen Supercomputer-Prozessoren würde dies einen massiv parallelen Quantencomputer erzeugen, der die Welt verändern kann. Dadurch benötigen wir weniger Leitungen und andere für das Auslesen wichtige Komponenten und machen das System besser skalierbar“, so Gambetta.

Außerdem soll ein spezielles Qubit-Layout sowie die enge Koppelung von Transmon-Paaren die Fehleranfälligkeit reduzieren. Verbesserte Latenzzeiten der Kontrollsysteme soll eine engmaschigere Kontrolle der Qubits gewährleisten.

Auf dem Weg zu einer Million Qubits

Auf dem Weg zum 1000-Qubit Rechner hat IBM mehrere Schritte eingeplant. So soll nächstes Jahr ein Prozessor mit 127 Qubits bereit für den Einsatz sein. Im Jahr 2022 möchte IBM dann auf 433 Qubits erhöhen. Dass das ehrgeizige Ziele sind, weiß das Unternehmen auch. „ Den Weg zu kennen, bedeutet noch nicht, die Hindernisse zu beseitigen – wir stehen vor einigen der Größten Herausforderungen in der Geschichte des technologischen Fortschritts. Aber dennoch erscheint uns ein vollwertiger, fehlertoleranter Quantencomputer als ein innerhalb des kommenden Jahrzehnts erreichbares Ziel“, so die Forscher.

Neben IBM arbeitet auch Google an Quantenprozessoren, die in den nächsten zehn Jahren die Marke von einer Million Qubits übersteigen sollen. Der genaue Zeitplan des Suchmaschinengiganten ist allerdings unbekannt.

via IBM

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