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Googles Quantenchip „Sycamore“ : Der Weg zum Hypercomputer

  • -Aktualisiert am

Das neue Quantenwunder verbirgt sich tief in diesem Kabelsalat, der vor dem Rechnen bis fast auf den absoluten Temperatur-Nullpunkt heruntergekühlt werden muss. Bild: Foto Google

Googles Quantenchip „Sycamore“ kann eine Aufgabe schneller lösen als eine Halle voller Hochleistungsrechner. Mit ihm kündigt sich ein neues, wenn auch vielleicht noch fernes Zeitalter der Datenverarbeitung an.

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          „Supremacy“ ist kein ganz unschuldiger Begriff. Insbesondere in den Vereinigten Staaten gibt es Zeitgenossen mit etwas veralteten Biologiekenntnissen, die eine „White Supremacy“ postulieren und damit eine Überlegenheit in was auch immer von Menschen irgendwie ausreichend heller Hautfarbe meinen. John Preskill, ein prominenter theoretischer Physiker, hat jetzt im „Quanta Magazine“ eingestanden, diesen Wortgebrauch nicht bedacht zu haben, als er 2012 vorschlug, von „Quantum Supremacy“ zu sprechen, wenn ein Quantencomputer ein Problem signifikant schneller lösen kann als ein klassischer Computer – und zwar unabhängig davon, ob das Problem nützlich ist oder nicht.

          Ein Team von Google hat diese Herausforderung nun offenbar bewältigt. Während ihre Arbeit schon fünf Wochen versehentlich über einen Server der Nasa an die Öffentlichkeit gekommen war, erschien sie nun am vergangenen Mittwoch gänzlich ohne Vorankündigung bei „Nature“. Für so eine gewichtige Meldung ist das in der Tat ungewöhnlich. Die niederländische Physikerin Kristel Michielsen, die an dem Projekt beteiligt gewesen war, erklärt: „Nature hatte nach dem Leak ein strenges Embargo verhängt, und niemand durfte darüber berichten“. Die amerikanische Raumfahrtbehörde ist involviert, weil sie auf dem Gelände ihres Ames Research Center nahe San Francisco das maßgeblich von Google betriebene Quantum Artificial Intelligence Lab beherbergt. Dort entwickelten die Wissenschaftler nun eine Hardware, die sich die skurrilen Gesetze der Quantenphysik zu eigen macht und insbesondere mit der sogenannten „Verschränkung von Quantenzuständen“ (siehe „Wie funktioniert ein Quantencomputer?“) unsere Datenverarbeitung noch einmal völlig neu erfinden soll.

          Der „Sycamore“, Googles 54-Qbit Quantenprozessor auf der Basis supraleitender Schaltkreise (ein Qbit war fehlerhaft, daher konnte der Chip nur 53 Qbits verschränken).
          Der „Sycamore“, Googles 54-Qbit Quantenprozessor auf der Basis supraleitender Schaltkreise (ein Qbit war fehlerhaft, daher konnte der Chip nur 53 Qbits verschränken). : Bild: Google

          Googles Quantenprozessor „Sycamore“ kann 53 sogenannte Qbits miteinander verschränken – und das ist in der Tat der aktuelle Rekord. Der durch Preskills Wortschöpfung nicht eben abgeschwächte Hype um Sycamore rührt daher, dass der Chip, der dazu auf Bruchteile eines Grades über dem absoluten Nullpunkt heruntergekühlt werden muss, nach Angaben der Forscher eine Aufgabe in wenigen Minuten gelöst habe, für welche noch der schnellste Supercomputer zehntausend Jahre benötige.

          Nun ist allerdings die Aufgabe, die das Google Team ihrem Computer stellte, für alles andere als den Ausweis seiner Quantum Supremacy ziemlich unnütz: Hintereinander werden zwanzig zufällig ausgewählte Operationen Schritt für Schritt auf allen Qbits gleichzeitig durchgeführt. Bei solch einer Operation, einem sogenannten Gatter, wird zum Beispiel der Zustand eines Qbits in Abhängigkeit seines Nachbarn verändert. Am Ende werden die Qbits ausgelesen. Jedes der 53 Qbits liefert dann ein klassisches Bit, also entweder 0 oder 1. Zusammen erhält man eine 53-stellige Zahlenfolge der Form 01100011... Aber nicht einmal der Wert eines solchen Ergebnisses ist an sich von Bedeutung. Da nämlich ein Qbit, das sich vor der Messung in einer Überlagerung von 0 und 1 befindet, zufällig einmal als 0, ein anderes Mal als 1 ausgelesen wird, ist auch diese Zahlenfolge zufällig und gehorcht nur einer gewissen Wahrscheinlichkeitsverteilung, die aber für die zwanzig ausgewählten Operationen charakteristisch ist.

          So sinnvoll wie „Hello World“

          „Wir sind normalerweise nicht am Ergebnis eines zufällig gewählten Programms interessiert“, erklärt Renato Renner, Quanten-Informationstheoretiker und Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. „Die einzig mögliche Alltagsanwendung, die direkt daraus hervorgehen könnte, wäre die Erzeugung guter Zufallszahlen. Solche können aber natürlich auch mit einfacheren Geräten generiert werden“. Dennoch ist das Ergebnis bemerkenswert und vielleicht vergleichbar mit dem für sich nicht eben sinnvollen Satz „Hello World“. Damit zeigen Informatiker zuweilen das Funktionieren ihrer Software.

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