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Durchbruch von Google : Was bedeutet die Überlegenheit des Quantencomputers?

  • -Aktualisiert am

In diesem silberglänzenden Kästchen verbirgt sich Googles Quantenprozessor „Sycamore“. Über die vielen goldenen Kontakte wird er mit der Außenwelt verdrahtet und angesteuert. Bild: Google

Google vermeldet den Beweis, dass ihr Quantenrechner klassischen Computern deutlich überlegen ist – ein Meilenstein technologischer Entwicklung. Aber was bedeutet diese Aussage?

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          Kaum eine wissenschaftliche Theorie ist so rätselhaft wie die Quantenmechanik. Selbst der Quantenphysiker Richard Feynman vermutete in den sechziger Jahren, dass niemand von sich behaupten könne, die Quantenmechanik wirklich verstanden zu haben. Gleichzeitig gilt: kaum eine wissenschaftliche Theorie ist experimentell so präzise auf die Probe gestellt und bestätigt worden wie die Quantenmechanik. So ist die praktische Anwendung der Theorie mittlerweile Alltag in Wissenschaft und Technik, während viele Fragen zur Interpretation der Theorie selbst noch nicht beantwortet sind. Eine Innovation, an der sich dieses Ungleichgewicht besonders gut beobachten lässt, ist der Quantencomputer.

          Die Technik steckt zwar noch in den Kinderschuhen, doch große Tech-Unternehmen wie Google und IBM investieren viel Geld in den Wettlauf zum ersten kommerziell einsetzbaren Quantencomputer. Seit Wochen kursiert im Internet das Gerücht, Google habe hier nun einen Meilenstein erreicht: Quantenüberlegenheit, oder „Quantum Supremacy“. Nun ist der offizielle und nach üblichen Standards begutachtete Artikel im Journal „Nature“ erschienen, in dem die Entwickler ihren überlegen Rechner vorstellen. Was genau bedeutet diese Überlegenheit, wo ist sie in einem Quantencomputer zu finden und welche Folgen hat sie für die Welt?

          Schneller in einer bestimmten Aufgabe

          „Quantum Supremacy“ ist ein Begriff, der 2012 von dem Physiker John Preskill geprägt wurde und sich auf die Leistungsfähigkeit des Quantencomputers gegenüber herkömmlichen Computern bezieht. Sie ist dann erreicht, wenn ein Quantencomputer ein Problem signifikant schneller lösen kann als der beste bekannte klassische Computer. Hierbei sind zwei Punkte wichtig: Erstens genügt es nach dieser Definition, dass der Quantencomputer in einer ganz bestimmten Aufgabe schneller ist; zweitens muss er selbst den besten Supercomputer deutlich übertreffen – und zwar nicht zufällig, sondern aufgrund seiner besonderen Eigenschaften als Quantenrechner. Beides ist für die Einschätzung des neuen Google-Rechners entscheidend.

          Doch wie kam es überhaupt zu der Idee, einen Quantencomputer zu bauen? Die Anfänge liegen nicht bei den großen Konzernen im Silicon Valley, sondern in der Erforschung der Quantenmechanik selbst. Um Quantensysteme zu untersuchen, simulieren Physiker sie in einem Computermodell. Klassische Computer stoßen bei den aufwendigen Berechnungen solcher Modelle allerdings schnell an ihre Grenzen. Es waren daher Physiker und Mathematiker, die sich in den siebziger Jahren auf der Suche nach einer Alternative einen Computer ausmalten, der Quantensysteme nicht umständlich simuliert, sondern selbst ein manipulierbares Quantensystem ist. Als einer der Urväter der Idee wird oft auch Feynman genannt, der 1982 ein entsprechendes Modell dazu entwarf. Aber erst in den neunziger Jahren nahm die Idee mit den ersten Quantenalgorithmen und logischen Gattern aus Quantenbits, genannt Qubits, langsam Form an.

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