IBMs Quantensprung im Quanten-Computing

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Forscher von IBM wollen jetzt dem praktisch nutzbaren Quatenrechner einen großen Schritt näher gekommen sein. Bereits in 15 Jahren könnte ein Quanten-Computer die Leistung eines konventionellen Superrechners übertreffen.

Neue Forschungsergebnisse geben IBM Anlass zur Hoffnung, dass die Mindestvoraussetzungen erfüllt sind, um an die Entwicklung eines “praktisch nutzbaren Quantencomputers” gehen zu können. Es bleiben jedoch erhebliche Hürden, deren Überwindung noch immer Jahrzehnte in Anspruch nehmen könnte. Die IBM-Forscher sehen diese jetzt nur noch technische und nicht nicht mehr als grundsätzliche Probleme.

“In der Vergangenheit sagten alle, es kommt vielleicht in 50 Jahren, es ist ein Traum, vielleicht passiert es einmal”, so IBM-Forscher Mark B. Ketchen. “Ich habe auch eher 50 Jahre angenommen. Jetzt denke ich, es könnten 15 oder etwas mehr sein.” Die universitäre Forschung habe gute Arbeit geleistet, um die grundlegenden wissenschaftlichen Probleme zu lösen. Jetzt brauche es IBM, um das alles zusammenzusetzen.

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“Die Forschung zu supraleitenden Qubits durch das IBM-Team hat gute Fortschritte gemacht auf dem Weg zu einem verlässlichen, skalierbaren Quantencomputer”, pflichtet David P. DiVincenzo bei, Professor am Institut für Quanteninformation der Technischen Hochschule Aachen. “Die von ihnen jetzt berichtete Geräteleistung bringt sie zu einem entscheidenden Punkt. Wir können nun die Bausteine sehen, mit denen eine wirksame Fehlerkorrektur zu beweisen sein wird, und dass sich verlässliche logische Qubits realisieren lassen.”

Mit einem "dreidimensionalen" supraleitenden Qubit (3D Qubit) gelang es den IBM-Forschern, die Quantenzustände der Qubits bis zu 100 Mikrosekunden zu erhalten. Quelle: IBM
Mit einem “dreidimensionalen” supraleitenden Qubit (3D Qubit) gelang es den IBM-Forschern, die Quantenzustände der Qubits bis zu 100 Mikrosekunden zu erhalten. Quelle: IBM

Das Konzept eines Quantencomputers basiert auf den besonderen Gesetzen der Quantenmechanik. Das Besondere an Quantenbits, kurz Qubits: Anders als normale Bits können sie Null und Eins zugleich enthalten. Das könnte millionenfache parallele Berechnungen erlauben und dem Quantencomputer einen kaum vorstellbaren Leistungsvorsprung gegenüber herkömmlicher Computertechnik verschaffen. Vorteile entstünden vor allem für Verschlüsselungstechniken, komplexe Simulationen sowie die Suche in großen Datenbanken.

Als grundlegendes Problem erwies sich aber, die quantenmechanischen Eigenschaften von Quantenbits zu erhalten. Umgebungseinflüsse wie Hitze, elektromagnetische Strahlung und Materialdefekte wirken sich störend aus, führen zu Dekohärenz und damit zu Fehlern in den Berechnungen. Um einen Quantenrechner zu realisieren, müssen daher Fehler korrigiert sowie die Zeitspannen verlängert werden, in denen Qubits ihre quantenmechanischen Eigenschaften erhalten können.

Die zweidimensionalen Qubits von IBM. Hier sind drei Qubits zu sehen. Quelle: IBM
Die zweidimensionalen Qubits von IBM. Hier sind drei Qubits zu sehen. Quelle: IBM

Mit einem “dreidimensionalen” supraleitenden Qubit (3D Qubit) gelang es den IBM-Forschern, die Quantenzustände der Qubits bis zu 100 Mikrosekunden zu erhalten, was einer zwei- bis vierfachen Verbesserung gegenüber zuletzt berichteten Rekorden entspricht. Voraussetzung dafür waren Temperaturen dicht über dem absoluten Nullpunkt. Mit diesem und weiteren erfolgreichen Experimenten glauben die Wissenschaftler die Schwelle erreicht zu haben, ab der sich wirksame Fehlerkorrektursysteme einsetzen lassen.

Auch wenn damit der lange erwartete Quantenrechner in Sicht kommt, ist er nicht als alltägliches Produkt zu erwarten. “Es deutet sich zunehmend an, dass ein Quantencomputer kein Notebook oder Desktop sein kann”, dämpfte IBM-Forscher Matthias Steffen die Erwartungen. “Quantencomputer könnten vielleicht in einem großen Gebäude irgendwo untergebracht sein. Sie werden nicht besonders tragbar sein. Ich denke aber nicht, dass daraus ein großer Nachteil für die vorgesehenen Anwendungen entsteht, weil sie Probleme so viel schneller als herkömmliche Computer lösen können.”

[Mit Material von Daniel Terdiman, News.com]