Aus der Zukunft soll er kommen, der Supercomputer der Firma D-Wave Systems. "Die Ära des Quantenrechnens hat begonnen", tönt das kanadische Start-up auf seiner Homepage. Seit Jahren wirbt D-Wave damit, den ersten kommerziellen Quantencomputer der Welt gebaut zu haben. Erst im vergangenen Jahr haben Google und die NASA eine der zehn Millionen Dollar teuren Wunderkisten gekauft – in der Hoffnung, dass die Maschine so genannte Optimierungsprobleme schneller als gewöhnliche Hardware lösen kann. Doch nun zeigt eine Studie: Der vermeintliche Quantencomputer trägt seinen Namen womöglich zu Unrecht.

Wettrennen der Superrechner

Ein Expertenteam um Matthias Troyer von der ETH Zürich hat den D-Wave-Rechner mit klassischen Supercomputern verglichen. Die Arbeit verstärkt die Zweifel an der Behauptung von D-Wave Systems, ihre Maschine nutze die Gesetze der Quantenmechanik aus, um schneller zu rechnen. Sie hätten bei komplexen Rechenaufgaben keinen Hinweis auf eine Geschwindigkeitszunahme durch Quanteneffekte gefunden, schreiben die Forscher in "Science".

Der Computer der Kanadier soll den kleinsten Wert in einem Optimierungsproblem finden. Er ist damit eine Ein-Zweck-Maschine, die nichts mit jenen Quantencomputern zu tun hat, die eines Tages Verschlüsselungskodes knacken könnten. Ein Beispiel für eine Optimierungsaufgabe ist das Problem des Handlungsreisenden, der zwölf vorgegebene Städte in Deutschland besuchen, dabei aber eine möglichst kurze Strecke zurücklegen soll. Für Mathematiker entspricht das Problem der Lösung einer komplizierten Gleichung; formulieren lässt sie sich als so genannter Hamilton-Operator eines quantenmechanischen Systems.

Der D-Wave-Computer münzt diese Gleichung in einen physikalischen Hindernislauf um: Auf ihren Mikrochip haben die Kanadier winzige, supraleitende Schlaufen gepresst. Die Richtung, in der der Strom in den Schlaufen kreist, entspricht dabei den Binärwerten 0 respektive 1. Die einzelnen Schleifen auf dem Chip werden in eine Konfiguration gebracht, die einer binären Formulierung des Hamilton-Operators entspricht. Nach kurzer Zeit verlagern sich die Ströme in den Schleifen dann so, dass das Gesamtsystem den Zustand minimaler Energie einnimmt. Aus der Orientierung der Schleifen geht dann die Lösung der Ausgangsgleichung hervor. Physiker bezeichnen das als "adiabatisches" Rechnen.

Schlaufen für die Optimierung

Der D-Wave-Rechner soll dabei etwas schneller als klassische Computer rechnen können, weil die Ströme zwischen den einzelnen Schlaufen flotter umherwandern könnten – dank des so genannten Tunneleffekts in der Quantenmechanik. Studien auf älteren Versionen der Maschine hatten jedoch keine eindeutigen Ergebnisse erbracht, ob derartige Effekte bei D-Wave eine Rolle spielen. Erst vor einem Jahr veröffentlichte das Team um Matthias Troyer einen Aufsatz, in dem die Forscher eine D-Wave-Maschine mit 128 Bit getestet hatten. Die Studie fand keinen Geschwindigkeitszuwachs im Vergleich mit klassischer Hardware. Allerdings würde man diesen erwarten, hieß es damals, wenn mehr Bits an der Rechnung beteiligt sind.

Das haben die Wissenschaftler um Matthias Troyer nun untersucht. Doch auch mit 503 supraleitenden Schleifen schlägt sich der D-Wave-Chip bei komplexen Rechenaufgaben nicht besser als gewöhnliche Hardware, die einen Optimierungsalgorithmus abspielt. Gänzlich ausschließen wollen die Forscher jedoch noch nicht, dass bei D-Wave Quanteneffekte eine Rolle spielen könnten. Ihr Ergebnis sei zwar "ein Dämpfer" für D-Wave, schreibt Matthias Troyer in einer E-Mail. Aber "es ist zu früh für ein endgültiges Urteil". Denn es könne sein, dass andere Tests bei einer anderen Art von Problemen einen Geschwindigkeitszuwachs bringen könnten. Bei Google und der NASA werde daran derzeit gearbeitet.