IBM Q: Mehr Qubits von IBM

Quantenkonferenz

IBM hat neue Quantencomputer für die Öffentlichkeit vorgestellt. Statt nur 5 haben sie jetzt 16 und 17 Qubits.

Artikel veröffentlicht am 18. Mai 2017, 15:10 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Der Quantenchip des neuen IBM-Rechners hat 16 Qubits. (Bild: IBM)

---

Die Quanten kommen: Alles Wissenswerte über Quantenthemen erfahren Sie auch auf der Konferenz von Golem.de am 23. Juni in Berlin!

---

Im März 2017 ist IBM Q gestartet. Das Projekt soll der Öffentlichkeit einen Online-Zugriff auf Quantencomputer ermöglichen. Der erste dieser Quantenrechner hatte 5 Qubits. Nur zwei Monate später sollen nun zwei neue Rechner hinzukommen, mit 16 und 17 Qubits, die komplexere Berechnungen möglich machen sollen. Als Ziel hat sich IBM einen Rechner mit 50 Qubits gestellt.

Der Zugriff auf die Computer erfolgt über ein eigens von IBM entwickeltes API auf der Basis von Python, das auf GitHub zur Verfügung gestellt wird. So soll es schon jetzt vielen Leuten möglich gemacht werden, mit einfachen Quantencomputern zu experimentieren, bevor sie komplex genug für weitergehende Anwendungen sind. Dabei soll der 17-Qubit-Rechner das doppelte Quantenvolumen des 16-Qubit-Rechners haben. Das Quantenvolumen ist ein Benchmark-Wert, den IBM zur Beurteilung der Fähigkeiten von Quantencomputern eingeführt hat.

Quantenvolumen wird das neue Maß aller Quantencomputer

Die Leistung eines Quantencomputers hängt aber nicht nur von der Zahl der Qubits ab, sondern auch von der Art, wie sie miteinander verbunden sind und wie groß die Fehlerrate beim Auslesen und Manipulieren der einzelnen Qubits ist. Beides fließt in die Berechnung des Quantenvolumens mit ein. Die Quantencomputer von IBM basieren auf supraleitenden Qubits, die mit Mikrowellen manipuliert werden können. Sie haben den Vorteil, dass sie vergleichsweise einfach konstruiert und skaliert werden können.

Andere Quantencomputerarchitekturen bauen auf Ionenfallen auf, in denen die Ionen durch Laserstrahlen manipuliert werden. Sie erreichen nicht nur eine wesentlich höhere Auslesequalität, es können auch jederzeit alle Qubits in beliebiger Anordnung zur Interaktion gebracht werden. Auf einem supraleitenden Chip müssen die Verbindungen dagegen physisch hergestellt werden. Bei dem 5-Qubit-Computer sind die Qubits dagegen fest sternförmig angeordnet, wobei nur vier der zehn möglichen Verbindungen zwischen den Qubits tatsächlich in der Hardware vorhanden sind.

Ionenfallen werden durch ein Qubit-wechsel-dich simuliert

Trotzdem sind beide Architekturen prinzipiell dazu in der Lage, die gleichen Rechnungen durchzuführen. Wenn eine nötige Verbindung zwischen zwei Qubits nicht vorhanden ist, können sie zum Beispiel über ein sogenanntes Swap Gate miteinander in Verbindung gebracht werden. Die möglichen Manipulationen mit den Qubits werden als Gates bezeichnet. Mit einem Swap Gate tauschen zwei Qubits die Plätze im Rechner. Je nach Rechnung kann es auch möglich sein, die Zustände von zwei Qubits auf gegenüberliegenden Enden des Chips miteinander zu verschränken und durch die Fernwirkung (Teleportation) miteinander wechselwirken zu lassen. Aber um miteinander verschränkt zu werden, müssen die Qubits zunächst direkt verbunden sein. Also ist auch dabei ein Swap Gate nötig, es kann nur zu einem früheren Zeitpunkt passieren.

Ganz problemlos gehen solche Operationen aber nicht vonstatten. Es gibt immer die Chance, dass der Zustand der beteiligten Qubits gestört wird. Umso mehr Gates angewendet werden, desto schlechter wird die Auslesequalität des Ergebnisses am Ende der Rechnung. In einem Vergleich der beiden Architekturen wurde festgestellt, dass der supraleitende 5-Qubit-Rechner auf diese Weise eine Ionenfalle simulieren kann, dann aber nur noch in 36 Prozent der Fälle der Zustand des Rechners im Ergebnis korrekt ausgelesen wird. Bei der Ionenfalle sind es dagegen 77 Prozent.