Durchbruch im Quantencomputing: Willow-Chip von Google reduziert Fehler exponentiell

Google hat mit seinem Willow-Chip einen neuen Meilenstein im Quantencomputing angekündigt.

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Googles Willow-Chip stellt einen bedeutenden Durchbruch im Quantencomputing dar, indem er Fehler exponentiell reduziert.

Der Chip ermöglicht es, Qubits zu skalieren und könnte die Wissenschaft und Medizin revolutionieren.

Experten erwarten jedoch, dass es noch einige Zeit dauern wird, bis Quantencomputer für die breite Öffentlichkeit verfügbar sind.

Der neue Willow-Chip von Google wird zwar in naher Zukunft nicht in Verbraucherprodukten zu finden sein, aber Quantencomputer-Forscher sagen, dass er einen bedeutenden Durchbruch in diesem Bereich darstellt.

Das liegt daran, dass der Chip eine Herausforderung löst, die im Quantencomputing seit fast 30 Jahren besteht, so Google in seiner Ankündigung Anfang der Woche.

Die Herausforderung besteht darin, die Anzahl der Fehler zu reduzieren, die Quantencomputer während ihres Betriebs erzeugen. Quantencomputer sind keine normalen Laptop- oder Desktop-Computer.

Mit Qubits deutlich mehr Informationen verarbeiten

Im Gegensatz zu Laptops, die Bits zur Informationsverarbeitung verwenden, arbeiten Quantencomputer mit sogenannten Qubits, kurz für Quantenbits. Bits sind binäre Ziffern, das heißt, sie können immer nur in einem Zustand existieren, in der Regel als 0 oder 1. Qubits hingegen können in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren.

Das ist wichtig, denn es bedeutet, dass man mit Qubits wesentlich mehr Informationen mit viel höherer Geschwindigkeit verarbeiten kann. Das ist das eigentliche Versprechen von Quantencomputern. Sie können so viele Daten in so kurzer Zeit verarbeiten, dass sie die Wissenschaft und die Medizin revolutionieren und uns helfen werden, Probleme zu lösen, die mit der heutigen Technologie nicht zu bewältigen sind. Beispielsweise im Zusammenhang mit dem Klimawandel und der Gesundheit.

Derzeit können die besten Quantencomputer jedoch nur etwa tausend Operationen durchführen, bevor Fehler das Verarbeitungssystem überfordern, erklärte Steve Brierley, Quantencomputer-Forscher und CEO des Fehlerkorrektur-Unternehmens Riverlane, gegenüber Business Insider.

„Wenn wir dieses große Potenzial einer transformativen Technologie erreichen wollen, müssen wir Millionen und Billionen von freien Operationen erreichen, so Brierley.

Je mehr Qubits, desto weniger Fehler

Hier hat der Willow-Chip von Google einen bedeutenden Durchbruch erzielt. Beim Willow-Chip gilt: Je mehr Qubits Google hinzufügt, desto weniger Fehler erzeugt das System. Der Willow-Chip reduziert Fehler exponentiell, sagte das Unternehmen. Die Fähigkeit, Fehler bei der Skalierung von Qubits zu reduzieren, ist in der Branche als „unterhalb der Schwelle bekannt und ist seit 1995 eine ungelöste Herausforderung.

Dies zeigt sich in der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Google sagte, seine Forscher hätten den Random Circuit Sampling (RCS) Benchmark verwendet, um die Rechengeschwindigkeiten verschiedener Technologien zu vergleichen. Der RCS ist ein Standard auf diesem Gebiet und der „klassisch am schwierigsten zu erfüllende Benchmark, um die Rechengeschwindigkeiten von verschiedenen Technologien zu vergleichen.

Google erklärte, dass sein Willow-Chip die Standardberechnung in weniger als fünf Minuten durchführen kann, wofür einer der schnellsten Supercomputer 10 Billionen Jahre bräuchte – länger als das bekannte Alter des Universums.

Die Fähigkeit zur ständigen Fehlerkorrektur ist ein „Schlüsselteil

Im Quantenbereich ist die Fehlerkorrektur viel schwieriger und erfordert mehr Hardware, um richtig zu funktionieren. Deshalb ist Googles Fortschritt so wichtig, so Mark Saffman, Professor an der Universität von Wisconsin-Madison und Direktor des Wisconsin Quantum Institute, gegenüber BI.

Brierley verglich Googles Fortschritt im Quantencomputing mit dem, was die Mobilfunknetze beim Übergang von 1G- zu 2G-Netzen erlebten.

Als die Mobilfunknetze von 1G auf 2G umgestellt wurden, „fügte Qualcomm eine Fehlerkorrektur in den Stack ein, was zu einer enormen Steigerung der Leistungsfähigkeit führte“, so Brierley. „Und genau das passiert jetzt auch beim Quantencomputing.”

Die Fähigkeit zur ständigen Fehlerkorrektur ist ein „Schlüsselteil beim Aufbau eines Quantencomputers, sagte er. Sobald Unternehmen in der Lage sind, Qubits zu skalieren und das Quantencomputing voranzutreiben, werden sie in der Lage sein, reale Anwendungen zu erreichen.

Auswirkungen auf die reale Welt sind wahrscheinlich noch Jahre entfernt

In einer Pressekonferenz zu dieser Entwicklung erklärte Google, dass es bereits Partnerschaften mit Unternehmen unter anderem aus den Bereichen Pharmazie, Materialwissenschaft und Batterien eingegangen ist. Fortschritte in diesen Bereichen sind jedoch möglicherweise nicht so schnell zu erwarten.

Saffman sagte, er würde gerne in fünf Jahren reale Anwendungensehen, aber es ist schwierig, eine genaue Zahl zu nennen.

Sebastian Weidt, Professor für Quantencomputer an der University of Sussex und Mitbegründer und CEO des Quantencomputerunternehmens Universal Quantum, sagte gegenüber BI, dass es noch eine Weile dauern wird, bis Quantencomputer für die breite Öffentlichkeit verfügbar sind.

Es gibt noch viele Hindernisse zu überwinden

Weidt sagte, dass es anfänglich Hoffnung gab, dass Computer im mittleren Maßstab einen gewissen Nutzen für den allgemeinen Verbraucher bieten könnten. Allerdings würde die Wissenschaft zeigen, dass Qubits zu Hunderttausenden und schließlich zu Millionen skaliert werden müssen, um reale Anwendungen zu ermöglichen.

„Es gibt noch viele Hindernisse, die überwunden werden müssen, damit die Technologie diese Größenordnung erreichen kann, so Weidt.

Dennoch bringt Googles Fortschritt die Forschung im Bereich Quantencomputing auf die nächste Stufe. Obwohl Investoren vielleicht nicht in der Lage sein werden, die Vorteile kurzfristig zu nutzen, sagte Brierley, dass Ankündigungen wie diese dazu beitragen, Kapital und Talente in diesen Bereich zu locken.

„Es ist noch ein sehr weiter Weg bis zur Nützlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Computern“, so Saffman. „Aber es ist ein großer Schritt nach vorn.”