quantencomputer

Das Quantencomputing gilt derzeit noch als Zukunftstechnologie, hat jedoch immenses Disruptionspotential. Bild: D-Wave Systems

| von Claas Berlin

Teams, die Quantencomputer entwickeln, sind längst nicht mehr exklusiv an namhaften Hochschulen zu finden, sondern auch bei Tech-Riesen wie Alibaba, Google, IBM oder dem Autobauer Volkswagen angestellt. Der OEM aus Wolfsburg arbeitet mit Google zusammen, um die vielversprechende Technologie weiter zu erforschen. Die Konzern-IT will dafür drei Entwicklungsbereiche auf dem Google-Quantencomputer vor­anbringen: Die Spezialisten wollen den Verkehr optimieren, Materialstrukturen für E-Fahrzeugbatterien und neue Werkstoffe simulieren sowie mit Verfahren des maschinellen Lernens an künstlicher Intelligenz arbeiten.

„Und die Forschung macht immer schnellere Fortschritte“, freut sich Nicolas San­gouard von der Universität Basel. „Ich rechne damit, dass Quantencomputer spätestens in einigen Jahren eine viel höhere Rechenleistung erreichen als herkömmliche Computer – wir sprechen von der Quantenüberlegenheit.“ Gemeinsam mit Wissenschaftskollegen hat Sangouard ein Protokoll entwickelt, das die Funktionsweise von Quantencomputer-Komponenten überprüft. Das Forschungsprojekt ist an der Universität Basel im Rahmen einer Förderungsprofessur durch den Schweizerischen Nationalfonds angesiedelt. Den Anstoß gab ein Wissenschaftler, der im Rahmen eines Seminars an der Hochschule zu einer spezifischen Frage der Quantenphysik referierte. „Das Seminar hat uns aber dazu inspiriert, diese Frage so weiterzudenken, dass daraus ein für Quantencomputer nützliches Verfahren entstanden ist“, so Nicolas Sangouard.

Der Ansatz der Schweizer ermöglicht es, alle Einzelteile eines Superrechners zu zertifizieren – von den Kurz- und Langzeitspeichern über die Konverter, die zur Verbindung des Computers mit einem gesicherten Netzwerk für Quantenkommunikation erforderlich sind, bis zu den Prozessoren, die die Informationen umwandeln. Das Protokoll bietet aber noch einen weiteren Vorteil: Es verwendet ausschließlich Komponenten, die bereits in der Maschine vorhanden sind, und benötigt keine zusätzlichen Geräte.

Im Prinzip ist es in jeder Art von Quantencomputer anwendbar, unabhängig von der zugrundeliegenden Technologie. „Inspiriert haben uns Bell-Tests, die ein Physiker entwickelt hat, der in den 1960er Jahren im Cern arbeitete“, führt Sangouard aus. „Normalerweise stellen diese Tests sicher, dass sich Teilchen wirklich quantenmechanisch verhalten. Wir haben sie so abgeändert, dass sich damit überprüfen lässt, ob die verschiedenen Einheiten eines Quantencomputers richtig arbeiten. Weil sich diese Tests grundsätzlich in eine solche Maschine implementieren lassen, ist unser Verfahren sehr einfach umzusetzen und erfordert keine sehr spezifischen Kompetenzen.“ Die Maschine testet sich quasi selbst.

Die Anfälligkeit der Maschinen zeigt, wie wichtig entsprechende Prüfverfahren sind. Denn obwohl Quantencomputer deutlich leistungsfähiger als herkömmliche Rechner arbeiten, geben sie in Sachen Robustheit und Wirtschaftlichkeit noch nicht den Ton an. Viele werden auf Temperaturen von 270 Grad unter null heruntergekühlt, damit sie störungsfrei ihren Dienst verrichten können. Auch müssen die hochsensiblen Quantenrechner vor allen äußeren Einflüssen wie Vibrationen oder elektromagnetischen Wellen abgeschirmt werden. Schon das macht ihre Nutzung aufwendig und teuer. Bis der Superrechner also als Standardtechnologie auf dem Büroschreibtisch landet, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen.

Bild: D-Wave Systems