Google auf der Suche nach der Quanten-Vorherrschaft

Steht Google vor einem grossem Durchbruch im Quantencomputing?
 
Dass sich der Internetriese Google, neben vielen anderen Zukunftstechnologien, auch mit den Möglichkeiten von Quantencomputern beschäftigt, ist seit einiger Zeit bekannt. Google hat 2013 zusammen mit der NASA einen Quantencomputer des kanadischen Herstellers D-Wave gekauft, um Anwendungsmöglichkeiten zu testen. Die D-Wave-Computer sind in Spezialistenkreisen umstritten, viele betrachten sie nicht als echte Quantencomputer. Google aber lobte Ende 2015 die Möglichkeiten des Geräts.
 
Trotzdem hat sich Google laut einem Bericht des 'New Scientist' mittlerweile dazu entschlossen, einen eigenen Quantencomputer zu bauen. Dazu hat man unter anderem John Martinis von der Universität von Kalifornien, einen der bekanntesten Spezialisten auf dem Gebiet, angestellt.
 
The Quantum Supremacy
"Google's plan for quantum computer supremacy" titelt der 'New Scientist' seinen Artikel. Aber keine Angst, Google plant nicht, einen Quantencomputer zu bauen, um die Weltherrschaft an sich zu reissen (Zumindest hoffen wir das… ). Bei der Suche nach der "Quanten-Vorherrschaft" geht es darum, die Überlegenheit von Quantencomputern über digitale Computer zu demonstrieren, zumindest auf einem bestimmten Gebiet. Das heisst, Google möchte einen realen, funktionierenden Quantencomputer bauen, der unzweifelhaft zeigen kann, dass er ein Rechenproblem lösen kann, an dem sich auch die schnellsten traditionellen Supercomputer die Zähne ausbeissen. Und zwar mit den heute bereits vorhandenen theoretischen Grundlagen und Technologien und innert kurzer Frist.
 
Und laut 'New Scientist' ist Google tatsächlich nicht mehr weit von diesem Ziel entfernt. Google selbst wollte gegenüber dem Wissenschaftsmagazin keine Angaben zum Stand seiner Forschungen machen. Vom Autor des Artikels kontaktierte Spezialisten auf dem Gebiet, die sich dabei auf Vorträge von Google-Forschern sowie persönliche Kontakte beziehen, glauben aber, dass der Internetriese bereits Ende 2017 einen funktionierenden "50-Qubit"-Quantencomputer demonstrieren könnte. Dass Google schon nahe am Ziel ist, glaubt unter anderem Professor Matthias Troyer von der ETH Zürich. "Ich glaube, das ist in zwei bis drei Jahren machbar", erklärte er gegenüber 'New Scientist'. "Sie haben konkret die Schritte aufgezeigt, mit denen sie dies tun werden."
 
Wenn Google Erfolg hat, dürfte dies einen sehr grossen Schritt in Richtung der realen Anwendbarkeit des Quantencomputings darstellen. Unter anderem könnte die Bereitschaft anderer Unternehmen aus der Privatwirtschaft, in die Entwicklung der Quantentechnologie zu investieren, sprunghaft ansteigen.
 
Qubits sind die grundlegenden Recheneinheiten eines Quantencomputers. Ein traditioneller Computer rechnet mit Bits, die entweder den Zustand 1 oder 0 annehmen. Qubits hingegen können auch eine Mischung der Zustände 0 und 1 darstellen. Dies erlaubt es Quantencomputern theoretisch, gewisse mathematische Probleme, vor allem Optimierungsprobleme, mit sehr viel weniger Rechenschritten zu lösen, als normale Computer. Mit dem Versuch, zu schildern, was ein Qubit genau ist, wollen wir uns hier aber nicht blamieren und verweisen auf Wikipedia.
 
Ein Problem: Das richtige Problem finden
Eine Herausforderung neben dem eigentlichen Bau eines Quantencomputers ist es, das genau richtige Problem zu finden, bei dessen Lösung er seine Überlegenheit zeigen kann. Google-Mitarbeiter haben vor einem Monat ein wissenschaftliches Papier veröffentlicht, in dem sie schildern, was sie sich vorgenommen haben. Dabei handelt es sich, irgendwie passend zum Quantencomputer, um ein Problem aus der Quantenphysik: Die Simulation des Outputs von Quantenschaltkreisen, die aus einer zunehmend grossen Matrix von Qubits bestehen. Diese Berechnung bringt traditionelle Computer an ihre Grenzen, weil diese dafür anscheinend exponentiell steigende Mengen an Memory brauchen, um Zwischenresultate zu speichern.
 
Das Google-Team hat einen traditionellen Supercomputer am US National Energy Research Scientific Computing Center gemietet und mit ihm solche Simulationen durchgeführt. Dieser schaffte es, eine 6x7 Matrix zu simulieren. Dafür brauchte er 70 Terabyte Memory. Der verwendete Supercomputer ist zwar gegenwärtig "nur" die Nummer 49 auf der Liste der schnellten Computer der Welt. Aber schon die Simulation der nächstgrösseren Matrix würde auch den schnellsten und grössten Supercomputer bei weitem überfordern. Für eine 6x8 Matrix wären, so die Forscher, lockere 2252 Petabyte Memory erforderlich.
 
Eine der Grundlagentechnologien, die Quantencomputern heute noch fehlen, ist eine robuste Fehlererkennung und -korrektur. Bis eine soche Fehlerkorrektur entwickelt wird, dürfte es laut 'New Scientist' noch viele Jahre dauern. Das Google-Team ist sich aber sicher, dass ein Quantencomputer mit 50 Qubits das geschilderte Rechenproblem auch ohne eine Fehlerkorrektur lösen kann. (Hans Jörg Maron)