Google hat gerade einen neuen Schritt im Wettlauf um Quantencomputing erreicht. Laut einer aktuellen Studie ist der von Google entwickelte Quantencomputerchip Sycamore nun in der Lage, bei bestimmten Operationen die schnellsten Supercomputer der Welt zu übertreffen. Durch eine Reihe von Experimenten und Tests konnten die Forscher von Google Quantum AI zeigen, dass diese Technologie in eine neue Entwicklungsphase eintritt und den Weg für Fortschritte bei komplexen Berechnungen ebnet.
Die rauscharme Phase und die Quantenüberlegenheit
Experimente mit dem Sycamore-Chip, der über 67 Qubits verfügt, zeigten eine „Low-Noise-Phase“, in der die Berechnungen des Quantencomputers diejenigen klassischer Supercomputer übertreffen. In dieser Phase wird das Rauschen, also die Fehler in den Berechnungen, so weit reduziert, dass komplexe Operationen möglich sind, die Supercomputer nicht so schnell bewältigen können.
Quantencomputer basieren auf Quantenverarbeitungseinheiten oder QPUs (Quantum Processing Units), die Qubits verwenden, um Berechnungen parallel durchzuführen, im Gegensatz zu klassischen Bits, die sequentiell arbeiten. Theoretisch gilt: Je mehr Qubits sich in einer QPU befinden, desto mehr Rechenleistung steigt exponentiell. Dies bedeutet, dass Berechnungen, die für einen klassischen Computer Tausende von Jahren dauern, von einem Quantencomputer in Sekundenschnelle durchgeführt werden könnten.
Eine der größten Herausforderungen des Quantencomputings bleibt jedoch die hohe Fehlerquote. Qubits reagieren äußerst empfindlich auf Störungen wie Temperaturschwankungen oder Strahlung. Dieses erhebliche Rauschen macht den Einsatz fortschrittlicher Fehlerkorrekturtechniken erforderlich, die mit zunehmender Anzahl von Qubits immer komplizierter werden. Trotz dieser Hindernisse ist es den Forschern von Google Quantum AI unter der Leitung von Alexis Morvan gelungen, eine Berechnungsphase aufrechtzuerhalten, in der das Rauschen niedrig genug ist, um eine beispiellose Leistung zu ermöglichen.
Ein entscheidender Durchbruch für das Quantencomputing
Die Entdeckung dieser stabilen Phase komplexer Berechnungen stellt einen großen Fortschritt auf dem Gebiet des Quantencomputings dar. Bisher schien das Erreichen einer „Quantenüberlegenheit“ – also des Punktes, an dem ein Quantencomputer die Leistung klassischer Computer definitiv übertrifft – aufgrund des übermäßigen Rauschens, das von Qubits erzeugt wird, unerreichbar. Die mit dem Sycamore-Chip erzielten Ergebnisse zeigen jedoch, dass diese Hürde zumindest in konkreten Berechnungen überwunden werden kann.
Das von Google durchgeführte Experiment wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturund seine Schlussfolgerungen sind klar: Unter bestimmten Bedingungen kann der Sycamore-Chip Berechnungen durchführen, die selbst die leistungsstärksten Supercomputer nicht leisten können. Eine Methode, um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, heißt „Random Circuit Sampling“ (RCS). Wissenschaftler haben in Experimenten gezielt die Ausbreitung von Quantenkorrelationen verlangsamt oder das Rauschen erhöht.
Dieser Test, der darin besteht, die Genauigkeit der Ergebnisse zu messen, die von einem 2D-Gitter supraleitender Qubits erzeugt werden, gilt als einer der am schwierigsten zu erreichenden Benchmarks im Quantencomputing. Mit dieser Methode konnten die Forscher nachweisen, dass Sycamore in der rauscharmen Phase in der Lage war, Berechnungen durchzuführen, die herkömmliche Supercomputer nicht leisten konnten.
Aktuelle Einschränkungen und zukünftige Herausforderungen
Obwohl dieser Fortschritt einen wichtigen Meilenstein darstellt, beseitigt er nicht alle Herausforderungen, die mit dem Quantencomputing verbunden sind. Die Technologie ist immer noch laut und erfordert einen erheblichen Aufwand bei der Fehlerkorrektur. Qubits sind so empfindlich, dass selbst kleine Störungen, wie etwa eine Temperaturänderung oder magnetische Schwankung, zu Fehlern in den Berechnungen führen können. Derzeit fällt etwa jedes hundert Qubit bei Berechnungen aus, eine Quote, die deutlich höher ist als bei herkömmlichen Bits.
Um dieses Problem zu lösen, erwägen die Forscher mehrere Möglichkeiten. Eine davon ist die Entwicklung effizienterer Fehlerkorrekturtechnologien, die in der Lage sind, Qubits auch bei steigender Anzahl in einer rauscharmen Phase zu halten. Die andere Möglichkeit wäre der Bau von Quantencomputern mit Millionen von Qubits, eine Aufgabe, die bis heute äußerst komplex ist. Derzeit verfügen die fortschrittlichsten Maschinen über rund 1.000 Qubits.
Trotz dieser Einschränkungen markiert die Entdeckung einer rauscharmen Phase einen Wendepunkt. Es zeigt, dass Quantencomputer in bestimmten Fällen auch ohne perfekte Fehlerkorrektur klassische Computer übertreffen können. Wie die Quantum-KI-Forscher von Google jedoch betonen, ist wahrscheinlich eine fortgeschrittenere Fehlerkorrektur erforderlich, damit diese Maschinen ihr volles Potenzial in breiteren kommerziellen und industriellen Anwendungen entfalten können.
Googles Demonstration mit dem Sycamore-Chip könnte durchaus den Beginn einer neuen Ära im Computerbereich darstellen. Das Google Quantum AI-Team sieht bereits weiter: „ Unsere nächste Herausforderung besteht darin, eine Anwendung zu demonstrieren, die über das Klassische hinausgeht und spürbare Auswirkungen auf die reale Welt haben wird “, sagten sie. Darüber hinaus erledigt Googles Quantencomputer sofort eine Aufgabe, die normalerweise 47 Jahre dauern würde.
Related News :