Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/d-wave-quantencomputer-oder-computer-mit-quanteneffekten-1703-126863.html    Veröffentlicht: 22.03.2017 12:04    Kurz-URL: https://glm.io/126863

D-Wave

Quantencomputer oder Computer mit Quanteneffekten?

Zusammen mit Volkswagen will D-Wave die Rechentechnik revolutionieren und präsentiert dazu stolz eine Quanten-Rechenmaschine auf der Technikmesse in Hannover. Ob die Technik etwas taugt, muss sie aber noch unter Beweis stellen.

Auf der IT-Messe Cebit stellt D-Wave die neue Generation seines gleichnamigen Quantencomputers vor. Mitgebracht hat das Unternehmen aber nicht die gesamte Maschine, die die Rechentechnik revolutionieren soll, sondern nur einen Chip in einer Vitrine. Auf ihm befinden sich neben 2.048 Qubits auch 5.600 Koppler, mit denen diese untereinander verbunden sind. Damit funktioniert das Gerät auf Basis von Quanteneffekten, aber nicht ganz nach dem eigentlichen Prinzip von Quantencomputern. Was die Technik wirklich leisten kann, wird sich erst in der Praxis zeigen.

Mit 2.048 supraleitenden Qubits aus Niob verfügt der neue Quantencomputer über doppelt so viele Qubits wie der Vorgänger. Er soll damit 2.000-mal so schnell wie herkömmliche Computer sein. In Partnerschaft mit Volkswagen soll ein D-Wave 2000Q erstmals Verkehrsanalysen mit einem Quantenrechner durchführen. Dieser Computer kann Quanteneffekte wie den Tunneleffekt, Superposition und Verschränkung von Teilchen ausnutzen, wie D-Wave betont. Die Qubits von D-Wave sind aber zu instabil, um die präzise Manipulation und Interaktion der Quantenzustände zu ermöglichen, die dem Funktionsprinzip von Quantenrechnern eigentlich zugrunde liegen.

Der einfache Weg zum Quantencomputer

D-Wave versucht, den dafür nötigen großen Aufwand zu umgehen, wie bei dem vor kurzem vorgestellten Plan für einen modularen Quantenrechner oder dem Quantenrechner von IBM. Obwohl die Interaktion zwischen den Qubits eingeschränkt ist, soll die Rechenmaschine trotzdem mit Hilfe von quantenphysikalischen Phänomenen einige besonders schwere Rechenaufgaben lösen können.

Dazu wird mit den Qubits auf dem Chip eine mathematische Funktion nachgestellt. Die Aufgabe ist es, schnellstmöglich das absolute Minimum dieser Funktion zu finden. Dazu werden die Qubits weitgehend sich selbst überlassen, aber weiterhin gekühlt, bis sie einen stabilen Zustand erreicht haben. Dieser stabile Zustand ist das Energieminimum, das von der ursprünglichen Aufgabenstellung aus erreicht werden konnte. Wegen der instabilen Qubits kann das aber nicht garantiert werden, weshalb die Messungen mehrfach durchgeführt werden, um ein Ergebnis zu ermitteln.

D-Wave kommt mit vielen Messungen zu besseren Ergebnissen

Volkswagen will in einer Kooperation mit D-Wave Verkehrsanalysen für die chinesische Hauptstadt Beijing liefern, mit denen beispielsweise Taxis die kürzestmögliche Route durch den Verkehr der Metropole finden können. Ähnliche Probleme müssen aber auch bei der Optimierung von Produktionsprozessen gelöst werden.

Nach Aussage der Aussteller soll der große Vorteil des D-Wave dabei sein, dass er mit Sicherheit nicht nur lokale Minima findet. Auf die Frage, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass der D-Wave bei einer Messung das tatsächliche Minimum erreicht hat, antwortet D-Wave zunächst, dass wegen der begrenzten Wahrscheinlichkeit mehrere Messungen durchgeführt würden.

Wie hoch die Wahrscheinlichkeit genau ist, beantwortete D-Wave nicht: "Ich kann mir wahrscheinlich eine Antwort ausdenken", sagte der Unternehmensvertreter auf der Messe und führte lediglich aus, die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Lösung in einer Messung hänge von den Eigenschaften der Problemstellung ab. Das Gleiche lässt sich aber auch über die bisherigen Lösungsmethoden mit klassischer Computertechnik sagen. Bisher sind die klassischen Computer auch noch sehr konkurrenzfähig mit dem D-Wave 2000Q.

Tiefe Temperaturen brauchen viel Strom

In der Pressekonferenz sollte auch demonstriert werden, wie die Anwendung des Computers in der Praxis einmal funktionieren soll. Der Chip muss im Betrieb auf 15 Millikelvin abgekühlt werden, eine Temperatur, neben der die 4 Kelvin von flüssigem Helium oder 77 Kelvin von flüssigem Stickstoff regelrecht heiß wirken. Die dafür nötige Kryotechnik und der Server, mit dem die Anlage gesteuert wird, machen den Hauptteil der Anlage aus und sind auch für den hohen Stromverbrauch von etwa 25 Kilowatt verantwortlich.

Von der gesamten Anlage war auf der Cebit nicht mehr als ein Foto zu sehen. Ein funktionierender Computer soll aber in den USA gestanden haben, zu dem zur Demonstration der Rechenleistung mit einem Terminal Verbindung aufgenommen wurde. Nach einigen Sekunden zeigte das Terminal ein Ergebnis an, das die bestmögliche Verbindung für ein Taxi in Beijing enthielt und auf einem anderen Display grafisch veranschaulicht wurde. Nach Aussage der Firma soll die Lösung je nach genauer Problemstellung höchstes fünf Sekunden brauchen. Auf einem herkömmlichen Rechner soll die gleiche Berechnung etwa eine halbe Stunde in Anspruch nehmen.

D-Wave hat noch keine Vorteile beim Stromverbrauch

Erst auf Nachfrage sagte der Unternehmenssprecher, dass es sich bei dem Vergleichscomputer um ein nicht näher spezifiziertes Macbook Pro gehandelt habe. In einem ausliegenden Prospekt wird der D-Wave 2000Q dagegen mit einem "traditionellen Supercomputer" mit einem Stromverbrauch von 2.500 Kilowatt verglichen. Das Macbook Pro hat dagegen einen Stromverbrauch in der Größenordnung von 0,025 Kilowatt. Die Lösung solcher Probleme profitiert außerdem sehr von stark parallelisierten Berechnungen, die typischerweise mit GPU-Unterstützung durchgeführt werden.

Laut einer anderen Studie soll D-Wave bei ähnlichen Problemen um einen Faktor 30 schneller sein als ein Intel Xeon E5-2643 v3 (sechs Kerne mit 3,4 GHz und 135W TDP) mit einer Geforce GTX 1080 (1,6 GHz und 180W TDP). Ein großer Teil der Rechenzeit wird dabei von der Programmierzeit eingenommen, also die Vorbereitung des Chips zur Berechnung des Problems. Ohne diese Zeit soll D-Wave um einen Faktor 2.000 schneller sein. Bei komplexeren Problemen soll die Programmierzeit aber einen viel kleineren Anteil im Vergleich zur Berechnung ausmachen. Berechnungen solcher Probleme wurden aber von D-Wave bisher nicht durchgeführt.

Von einer Revolution in der Computertechnik ist D-Wave noch weit entfernt. Einige Fachleute zweifeln sogar an, dass der D-Wave 2000Q überhaupt in der Lage ist, eine fundamental bessere Rechenleistung als klassische Computer zu erreichen. In Kooperation mit Volkswagen wird D-Wave genug Gelegenheiten haben, die Fähigkeiten seiner Rechenmaschine unter Beweis zu stellen - und die Kritiker vielleicht zum Schweigen zu bringen.  (fwp)


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