Google: Ein Quantencomputer zeigt, was derzeit geht und was nicht

Die erste Demonstration von Quantenüberlegenheit soll es gewesen sein. Doch bei genauem Hinsehen zeigt ein vorzeitig veröffentlichtes Dokument hauptsächlich: Der Computer rechnet zwar, die Technik ist aber noch längst nicht unter Kontrolle.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 25. September 2019, 7:00 Uhr

Mit dem Sycamore-Prozessor sollte erstmals die Quantenüberlegenheit gezeigt werden. (Bild: Google)

Die Entwicklung von Quantencomputern macht langsam Fortschritte. Google gelang es, einen frei programmierbaren Chip namens Sycamore mit 54 supraleitenden Qubits zu bauen, von denen immerhin 53 funktionieren. Vorzeitig veröffentlichte Testergebnisse machten kurz darauf Schlagzeilen, nach denen damit die sogenannte Quanten-Überlegenheit demonstriert sei. Ein Quantencomputer habe eine Rechnung in drei Minuten durchgeführt, die auf einem Supercomputer 10.000 Jahre gedauert hätte. Es ist eine Aussage, die gleichzeitig korrekt ist und dennoch an die Grenzen dessen geht, was noch als Rechnung bezeichnet werden kann.

Der durchgeführte Test wurde speziell entwickelt, um schnellstmöglich die potentielle Überlegenheit von Quantencomputern in der Praxis zu demonstrieren, ohne vorher einen tatsächlich einsatzfähigen Computer entwickeln zu müssen. Der Chip hat noch zu wenige Qubits, als dass damit Rechnungen wie die Zerlegung von großen Zahlen in Primfaktoren durchgeführt werden könnte. Außerdem sind die Qubits zu instabil und die durchgeführten Rechenschritte zu ungenau, als dass fehlerfreie Rechnungen möglich wären.

Der Benchmark hat keine praktische Anwendung

Es gibt zwar Möglichkeiten zur Fehlerkorrektur, aber diese erfordern noch mehr Qubits und auch ein Mindestmaß an Stabilität und Fehlerfreiheit, das bislang noch nicht erreicht wurde. Der Test besteht deshalb daraus, eine zufällige Folge von Manipulationen der Qubits auszuwählen, sie mehrfach durchzuführen und die Ergebnisse aufzuzeichnen. Anschließend wird versucht, mit einem Supercomputer die Verteilung der Ergebnisse der zuvor ausgewürfelten Rechenschritte zu berechnen.

Dieses Verfahren wurde als Beleg für die sogenannte Quanten-Überlegenheit ausgewählt, weil die Simulation zusätzlicher Qubits und weiterer Rechenschritte einen exponentiell wachsenden Aufwand mit sich bringt. Tatsächlich konnte der Quantenchip schneller seine Ergebnisse liefern, als diese von einem Computer simuliert werden konnten. Mit zunehmender Komplexität wuchs der Abstand wie erwartet an.

Dabei betonen die Forscher, dass es sich um echte Berechnungen handele, bei denen mit Quantengattern jeweils ein Qubit allein oder in Abhängigkeit von einem anderen Qubit manipuliert worden sei. Es wurde also nicht nur ein Quantenzustand hergestellt und dessen natürliche physikalische Entwicklung vermessen, wie es in vielen bisherigen Experimenten der Fall war. Allerdings hat die so durchgeführte zufällige Aneinanderreihung von Berechnungen keine praktische Anwendung.