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Quantencomputer: 10.000 Jahre bei Google sind 2,5 Tage bei IBM

Mathematiker von IBM haben die Überlegenheit von Googles Quantencomputer Sycamore deutlich zurechtgestutzt. Ihr Algorithmus könnte ein besseres Ergebnis in nicht mal einem Millionstel der behaupteten Zeit erhalten. Trotzdem ist Sycamore mehr als tausend Mal so schnell.

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Der Quantencomputer Sycamore ist schneller als klassische Computer, aber nicht ganz so schnell wie gedacht.
Der Quantencomputer Sycamore ist schneller als klassische Computer, aber nicht ganz so schnell wie gedacht. (Bild: Google)

IBM zeigt einen Monat nach der unfreiwilligen Veröffentlichung von Experimenten mit dem Sycamore Quantencomputer, dass Google die Überlegenheit seines Computers weit übertrieben hat. Sie stellten einen Algorithmus vor, der das gleiche Ergebnis in nicht mal einem Millionstel der von Google behaupteten Zeit errechnen kann.

Inhalt:
  1. Quantencomputer: 10.000 Jahre bei Google sind 2,5 Tage bei IBM
  2. IBM sagt: Das Beste kommt erst noch

Demnach ist der von Google verwendete Algorithmus auf den Arbeitsspeicher des Computers beschränkt. Dadurch wird der Algorithmus deutlich langsamer, weil bestimmte Zwischenergebnisse immer wieder neu ausgerechnet werden müssen. Wenn sie hingegen auf Festplatten ausgelagert werden, können sie ohne den Rechenaufwand einfach wieder in den Arbeitsspeicher geladen werden. Statt mehr als 10.000 Jahre dauert die Rechnung dann, im schlechtesten Fall, nur noch rund 60 Stunden.

Während IBM vom schlechtesten Fall für den klassischen Computer ausging, verwendete Google eine Rechnung, die für den Quantencomputer möglichst einfach durchzuführen ist. Statt gezielte Rechenoperationen durchzuführen, wurde der Quantencomputer angewiesen, eine Reihenfolge von zufällig ausgewählten Operationen zu berechnen. Auf diese Weise konnte die große Fehleranfälligkeit des Sycamore-Quantencomputers ausgeglichen werden, weil sich Folgefehler in zufälligen Rechenoperationen tendenziell gegenseitig ausgleichen, anstatt weiter verstärkt zu werden.

Für den klassischen Computer ist der Aufwand dennoch beachtlich. Als Modellcomputer diente der Summit Supercomputer. Statt drei Minuten Rechenzeit mit Sycamore braucht dieser mehr als zwei Tage, für die nötige Auslagerungsdatei zur Simulation der 53 aktiven Qubits von Sycamore werden 80 Petabyte Festplattenplatz benötigt. Wären alle 54 Qubits von Sycamore aktiv, würden 160 PB nötig. Schon für 55 Qubits wären die 250 PB Festplattenplatz von Summit mit diesem Algorithmus zu klein.

Quantencomputer können keine Rechenschritte speichern

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Der Aufwand bringt aber einen Vorteil. Um überhaupt ein Ergebnis mit dem Quantencomputer zu erhalten, muss der einmal erhaltene Quantenzustand im Computer durch eine Messung zerstört werden. Das Messergebnis entspricht dem Ergebnis der Rechnung. Dabei wird es zum Problem, dass Qubits nicht kopiert werden können, was eine der fundamentalen Grundlagen der Quantenphysik ist. Zwischenergebnisse können nicht gespeichert werden.

Der klassische Computer hingegen simuliert alle Vorgänge des Quantencomputers, inklusive der Messergebnisse, die bei der Zerstörung des Quantenzustands gemessen werden würden. Im Anschluss sind aber immer noch alle Zwischenergebnisse der Simulation vorhanden. Der Quantenzustand wird nur in der Simulation zerstört, nicht in den Festplattenaufzeichnungen der Simulation.

Der klassische Computer kann also den vollständigen Zustand des Quantenchips von der Festplatte laden und jederzeit Simulationen von weiteren Rechenschritten anhängen. Der Quantenchip muss hingegen alle vorherigen Rechenschritte von vorn durchführen, um wieder an den gleichen Punkt zu gelangen. Aber die Qubits des Chips sind empfindlich und können nur eine begrenzte Zeit stabil gehalten werden, was die Zahl der möglichen Rechenschritte begrenzt.

Dieser Vorteil wird aber nicht lange anhalten.

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confuso 28. Okt 2019 / Themenstart

Jahrzehnte, da du nen verdammt teuren Entmischungskryostaten zum Betrieb brauchst. Au...

A. Tomic 26. Okt 2019 / Themenstart

Die Löschung eines Bits ist physikalisch prinzipiell unmöglich, da die physikalischen...

zacax 25. Okt 2019 / Themenstart

Wie gesagt, nachvollziehen kann das ja keiner.

zacax 25. Okt 2019 / Themenstart

Ja jeder erzählt leider was anderes, kann man denen denn glauben?

ashahaghdsa 24. Okt 2019 / Themenstart

... Also mit ner guten Heuristik ist A* O(n). Ob es eine kompatible Heuristik fürs...

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