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Neuer Supercomputer-Algorithmus: Quanten-Überlegenheit rückt in die Ferne

Vor einem Jahr dachte man bei Google noch, die Dominanz der Quanten stünde unmittelbar bevor. Nun verhelfen Informatiker des Konzerns klassischen Rechnern zu einem Comeback.
Rechnen mit Tälern

Seit Jahren arbeiten Physiker auf Quantencomputer hin, die klassische Rechner bei einer bestimmten Rechenaufgabe überflügeln könnten. Nun ist das Erreichen dieser »quantum supremacy« möglicherweise ein Stück schwerer geworden: Ein Team von Informatikern des Internetgiganten Google hat einen klassischen Computeralgorithmus entwickelt, der eine für Quantencomputer maßgeschneiderte Aufgabe deutlich besser lösen kann als alle bisherigen Programme.

Bei diesem »Random Number Sampling« geht es darum, den Output eines Schaltkreises aus vielen miteinander gekoppelten Qubits zu simulieren. Quantencomputer sind hierfür prädestiniert, schließlich bestehen sie aus Qubits, also Recheneinheiten, die in einer quantenphysikalischen Überlagerung aus den Zuständen »0« und »1« verharren können. Deshalb können Quantencomputer beide Werte gewissermaßen im selben Rechenschritt abhandeln, klassische Computer müssen hingegen beide Binärwerte nacheinander ausprobieren.

Entsprechend sollten Quantencomputer einen Vorteil haben, wenn es darum geht, die Evolution eines Systems von Dutzenden einander beeinflussender Qubits zu simulieren: Für den klassischen Computer wächst die Zahl der nötigen Rechenschritte exponentiell mit der Zahl der Qubits im Schaltkreis an, für den Quantencomputer hingegen nicht.

Eine neuere Variante des Quantencomputers von John Martinis besteht aus neun nebeneinander angeordneten, supraleitenden Qubits.
Linear-9-Qubits | Eine neuere Variante des Quantencomputers von John Martinis besteht aus neun nebeneinander angeordneten, supraleitenden Qubits: In den 0,5 Millimeter großen, auf 20 Millikelvin abgekühlten Kreuzen bewegen sich Elektronen, deren kollektive Bewegungsrichtung den Werten 0 beziehungsweise 1 entspricht. Leitungen unterhalb der Kreuze dienen dazu, die Qubits mit Mikrowellenpulsen anzusteuern. Oben sind sie mit Resonatoren verbunden, über welche die Zustände ausgelesen werden.

Aber ab welcher Zahl zu simulierender Qubits und welcher Zahl an Rechenschritten übertrumpfen Quantencomputer gewöhnliche Supercomputer, die ja immerhin Milliarden Transistoren nutzen können? Bisher waren die Fachleute von Google der Ansicht, dass ab 48 Qubits und einer »Schaltkreistiefe« von 40 der Siegeszug der Quanten beginnen müsste. Das war zumindest das Fazit eines viel beachteten Aufsatzes von Google-Forschern um Sergio Boixo aus dem Jahr 2016.

Auch wähnte sich ein Team um den kalifornischen Google-Quantenphysiker John Martinis Ende 2017 kurz davor, die »quantum supremacy« zu erreichen. Martinis und konkurrierende Gruppen sind heute allerdings immer noch dabei, ihre Quantencomputerchips mit rund 50 Qubits zu testen, was offenbar länger dauert als erwartet. Auch ist nicht klar, ob die Geräte wirklich schon große Schaltkreistiefen simulieren können.

Nun haben die Google-Informatiker Boixo auch noch ihre frühere Aussage revidiert, bis zu welchem Punkt klassische Rechner mithalten können: Man habe einen Supercomputer-Algorithmus entwickelt, der auch bei 49 Qubits und einer Schaltkreistiefe von 48 noch schneller sein müsste als Quantencomputer, schreiben sie in einem noch nicht von den Gutachtern einer Fachzeitschrift geprüften Paper.

Der Aufwand, um Quantenrechner doch noch zu übertrumpfen, wäre allerdings beträchtlich: Um die nötigen Rechnungen in einer Supercomputer-Cloud ausführen zu lassen, müsse man rund eine Million US-Dollar zahlen, schreiben die Autoren. Der neue Algorithmus liefert auch nur in 99,5 Prozent der Fälle richtige Ergebnisse. Aber auch sämtliche in Entwicklung befindlichen Quantencomputer würden beträchtliche Fehler machen, argumentieren die Autoren. Wann und ob die »quantum supremacy« erreicht wird, ist damit weiter offen.

33/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 33/2018

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