Ein Startup namens Atom Computing hat eine kühne Behauptung aufgestellt: Es testet einen Quantencomputer mit 1.180 Qubits, der nächstes Jahr verfügbar sein könnte und damit Giganten wie IBM und Google übertrifft. Dies ist ein bedeutender Sprung im Vergleich zu ihrem vorherigen System, das mit nur 100 Qubits auskam.
Das sind eine Menge Qubits, die Grundeinheiten der Quanteninformation. Zum Vergleich: Der leistungsstärkste Quantencomputer von IBM ist der Osprey mit 433 Qubits, und IBM arbeitet an seinem neuen Modell Condor, das die Zahl auf 1121 Qubits erhöhen wird. Der Sycamore von Google hat 70 Qubits.
Atom Computing könnte auf dem Gebiet der Quantenphysik etwas Großem auf der Spur sein. Sie haben sich dafür entschieden, neutrale Atome als Qubits zu verwenden, was sowohl Stabilität als auch die Möglichkeit der Vergrößerung verspricht. Mit Hilfe von Lasern haben sie ein Gitter entworfen, in dem diese Atome präzise platziert und manipuliert werden können. Außerdem speichern sie die Quantendaten im Kernspin des Atoms, der weniger durch Umwelteinflüsse beeinträchtigt wird. Dies ermöglicht eine längere, ununterbrochene Leistung. Es ist, als hätte man einen kleinen Raum mit hochkarätigen Talenten vollgepackt, so dass eine dichte Anordnung von Hochleistungs-Qubits entstanden ist.
Und das ist noch nicht alles. Sie haben ihr Netz von einer 10×10-Anordnung auf eine beeindruckende 35×35-Anordnung erweitert, die noch mehr Potenzial für Quantenfortschritte bietet.
Doch wie bei allen bahnbrechenden Dingen gibt es auch hier Sternchen und Vorbehalte.
Das System von Atom Computing verfügt zwar über eine beeindruckende Anzahl von Qubits, doch die Fehlerquote bei einzelnen Qubit-Operationen ist sehr hoch. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Flotte von Supersportwagen, von denen aber nur einige mit Höchstgeschwindigkeit fahren können, ohne eine Panne zu haben. Das ist die Herausforderung, vor der Atom Computing steht. Ihr Quantencomputer benötigt trotz seiner riesigen Anzahl von Qubits eine erhebliche Fehlerkontrolle, was ihn für komplexe Berechnungen derzeit unpraktisch macht.
Atom Computing geht davon aus, dieses Problem in naher Zukunft gelöst zu haben, und erklärte in einer offiziellen Pressemitteilung, man sei „auf dem Weg zu einem fehlertoleranten Quantencomputer in diesem Jahrzehnt“.
Quantencomputer der ersten Generation, Phoenix, Berkeley, Kalifornien August 2021. Bild: Atom Computing
Atom sagt, es habe eine Lösung für dieses Problem.
„Wir werden alle diese Qubits verwenden, da sie alle identisch sind, um die Berechnung zu parallelisieren“, sagte Ben Bloom, Gründer und CTO von Atom, gegenüber Ars Technica. „Wenn uns also jemand einen Algorithmus mit 50 Qubits vorgibt, führen wir diesen Algorithmus mit 50 Qubits auf allen unseren Qubits aus und erhalten dann die Ergebnisse schneller.“
Bloom ging weiter auf die Herausforderungen ein, denen sich das auf neutralen Atomen basierende Quantencomputing gegenübersieht.
„Das, was neutrale Atome bisher behindert hat, waren die klassischen Verfahren, mit denen wir die neutralen Atome steuern“, sagte er. „Und das hat im Wesentlichen gezeigt, dass man, wenn man mit Ingenieurbüros und Laserherstellern zusammenarbeitet (was wir ja auch tun), das ganze Rauschen unterdrücken kann.
„Plötzlich hat man ein unglaublich reines Quantensystem“, erklärte er gegenüber der Website
Im Bereich der Quanteninformatik werden sowohl neutrale Atome als auch Ionen als potenzielle Qubits erforscht. Neutrale Atome können mit Hilfe von Lasern eingefangen und manipuliert werden, während Ionen – geladene Atome – mit Hilfe elektromagnetischer Felder eingefangen werden. Ionenbasierte Quantencomputer haben zwar erhebliche Fortschritte gemacht, stehen aber vor der Herausforderung, sie zu vergrößern. Neutrale Atome, wie sie Atom Computing erforscht, bieten eine vielversprechende Alternative mit dem Potenzial für eine schnelle Skalierung.
Wenn die Bemühungen von Atom Computing erfolgreich sind, könnten wir eine Zukunft mit skalierbaren – und zuverlässigen – Quantencomputern haben, wenn sich die Forscher darauf konzentrieren, neutralen Atomen ein wenig Liebe zukommen zu lassen.
In der Zwischenzeit hat IBM – ein wichtiger Akteur auf dem Gebiet der Quantencomputer – einen Quantencomputer mit 100.000 Qubits im Visier. Der bisher leistungsstärkste Quantencomputer, der IBM Osprey, verfügt über 433 Qubits, aber der kommende „Kookaburra“, ein Multichip-Prozessor mit 1.386 Qubits, soll 2025 auf den Markt kommen. Auch Atom Computing arbeitet auf einen ähnlichen Meilenstein hin:
Bild: IBM
Auch wenn die Ankündigung von Atom Computing zweifelsohne einen Sprung nach vorn bedeutet, sollten die Erwartungen gedämpft werden. Der Quantenbereich ist immer noch voller Herausforderungen, und obwohl die Anzahl der Qubits steigt, sind es die Effizienz und die Zuverlässigkeit, die die wahren Führer in diesem Rennen bestimmen werden.
