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Jahrelang zuviel versprochen

Physik. - Quantencomputer, da sind sich Fachleute einig, könnten die elektronische Datenverarbeitung einmal revolutionieren, weil sie schneller als alle bisherigen Maschinen sind. Doch der Weg von der Vision zur Realisierung ist steinig, der große Durchbruch steht noch aus. Und das, obwohl ein kanadisches Unternehmen eigentlich schon 2008 den weltweit ersten Quantenprozessor auf den Markt bringen wollte. Ein Artikel heute im Fachmagazin "Nature" gibt Einblicke, wie weit die Forscher tatsächlich gekommen sind.

Von Ralf Krauter | 12.05.2011

    Die Versprechen waren vollmundig: "Was wir hier entwickeln, hat das Potenzial, die bedeutendste Erfindung unserer Generation zu sein", sagte Dr. Geordie Rose, der Gründer der Firma D-Wave bei Vancouver 2008.

    "Das Ausnutzen von Quanteneffekten wird ähnlich weit reichende Folgen für die menschliche Zivilisation haben, wie die Erfindung von Elektrizität, Feuer, Ackerbau oder Buchdruck."

    Ein fingernagelgroßer Chip mit schachbrettartig angeordneten Stromschleifen – das ist das Herzstück der Hoffnung von Geordie Rose. Kühlt man ihn bis knapp über dem absoluten Nullpunkt, verlieren die Metallringe ihren Widerstand und werden supraleitend. Weil der Strom darin sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegengesetzt fließen kann, lässt sich ein Mischzustand einstellen, bei dem er ein bisschen in beide Richtungen fließt. Die bizarren Gesetze der Quantenwelt machen es möglich und besagen, dass sich mit Ensembles derartiger Sowohl-als-auch-Zustände - von Fachleuten auch Qubits genannt - hochparallel rechnen lässt.

    Bis Ende 2008 wollte D-Wave einen Quantenprozessor mit 1024 supraleitenden Qubits zum Laufen bringen, in der Hoffnung, damit rechenaufwändige Optimierungsaufgaben schneller lösen zu können, als heutige Superrechner. Der aktuelle Fachartikel deutet allerdings darauf hin, dass man noch längst nicht so weit ist, wie man Risikokapitalgebern einst versprochen hatte, erklärt Dr. William Oliver, Experte für supraleitende Quantencomputer am MIT bei Boston.

    "D-Wave hat jetzt gezeigt, dass sie über einen Prozessorbaustein aus acht Qubits verfügen, der sich so verhält, wie die Quantentheorie erwarten lässt. Der Weg zu einem funktionierenden Rechner ist aber noch weit."

    Die Stromschleifen des tiefgekühlten Quantenprozessors von D-Wave verhalten sich wie winzige Magnetnadeln, die sich gegenseitig beeinflussen. Wie stark sie das tun, lässt sich präzise einstellen. Für eine Rechnung werden möglichst viele Kompassnadeln in einen genau definierten Anfangszustand versetzt, der ein Abbild des mathematischen Problems ist. Anschließend wird das System sich selbst überlassen. Die Gesetze der Thermodynamik führen dazu, dass sich die Magnetnadeln im Nu in einem Zustand minimaler Energie einpendeln. Die finale Messung ihrer Orientierungen verrät dann die Lösung der Rechenaufgabe, erklärt Dr. Mark Johnson von D-Wave.

    "Unser Prozessor löst ein Problem dadurch, dass er seinen energetischen Grundzustand findet, also jene Magnetnadel-Konfiguration mit der geringsten Energie."

    Von einer konkreten Kalkulation ist im aktuellen Fachartikel allerdings keine Rede. Das Experiment zeigt nur, dass der beschriebene Prozessorbaustein sein Energieminimum tatsächlich quantenmechanisch erreicht – mit Hilfe des Tunneleffektes. Ein wichtiger Schritt, aber kein Durchbruch in Richtung Quantencomputer. Johnson:

    "Die acht Magnetnadeln befinden sich auf einem Chip mit insgesamt 128 solcher Qubits. Rund 90 können wir schon miteinander koppeln. Um genau zu verstehen, was dabei passiert, haben wir uns acht im Detail angeschaut."

    Mark Johnson lässt durchblicken, dass man durchaus schon Berechnungen mit dem Quantenprozessor gemacht habe. Publiziert wurden sie bislang nirgends. Der Beweis, dass die tiefgekühlten Stromschleifen aus Vancouver tatsächlich einmal ultraschnelle Datenbanksuchen und ähnliches ermöglichen könnten, steht also immer noch aus. Und William Oliver vom MIT ist sich alles andere als sicher, ob er gelingen wird.

    "D-Wave hat zweifellos jahrelang zuviel versprochen, vermutlich aus Marketing-Gründen. In der wissenschaftlichen Community hat man sich dadurch keine Freunde gemacht."

    Dass D-Wave seine Fortschritte jetzt in einem renommierten Fachjournal publiziert, begrüßt der MIT-Forscher deshalb ausdrücklich. Doch er betont auch: Wer das Rennen zum Bau eines funktionierenden Quantencomputers gewinnen wird, bleibt weiter völlig offen.