Google hat nach eigenen Angaben einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des Quantencomputings erzielt. Mit dem neuen Quantenprozessor „Willow“ und einer innovativen Methode zur Fehlerkorrektur will das Unternehmen einen entscheidenden Schritt in Richtung praktisch nutzbarer Quantencomputer gemacht haben. Der deutsche Informatiker Hartmut Neven, Gründer und Leiter des Quantum Artificial Intelligence Laboratory von Google, erklärte: „Wir haben eine der größten Herausforderungen im Quantencomputing überwunden und den Weg für skalierbare und fehlerkorrigierte Systeme geebnet.“
Fortschritt bei Quantenfehlerkorrektur
In der renommierten Wissenschaftszeitschrift Nature berichten Neven und sein Team, dass es ihnen erstmals gelungen sei, eine Quantenfehlerkorrektur mit Fehlerraten unterhalb eines relevanten Schwellenwerts zu demonstrieren. Die Fehlerkorrektur gilt als entscheidender Meilenstein für die Entwicklung von Quantencomputern, die zuverlässig und in großem Maßstab anwendbar sind.
Quantencomputer haben das Potenzial, komplexe mathematische Probleme wesentlich schneller zu lösen als herkömmliche Computer, sei es in der Materialforschung, der Kryptographie oder bei Anwendungen der künstlichen Intelligenz. Bisherige Systeme sind jedoch aufgrund ihrer geringen Größe und hohen Fehleranfälligkeit noch nicht praxistauglich.
Der „Willow“-Chip und Bündelung von Qubits
Ein zentraler Fortschritt liegt in der Fähigkeit, mehrere fehleranfällige physikalische Qubits zu einem weniger fehleranfälligen logischen Qubit zusammenzufassen. Diese Methode wurde mit Hilfe des neu entwickelten „Willow“-Quantenprozessors demonstriert. Die Bündelung ermöglicht es, die hohe Fehlerrate einzelner Qubits zu reduzieren und die Zuverlässigkeit der Berechnungen zu erhöhen.
Trotz des Fortschritts räumen die Forschenden ein, dass die erzielten Fehlerraten noch nicht ausreichen, um voll anwendbare Quantencomputer zu realisieren. Es seien weiterhin erhebliche Verbesserungen notwendig, sowohl in der Reduzierung der Fehlerrate als auch in der Skalierung der Systeme.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Ein zentraler Engpass bleibt die benötigte Anzahl physikalischer Qubits. Michael Hartmann, Professor für Theoretische Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, lobte die wissenschaftliche Qualität der Arbeit, betonte jedoch: „Es braucht etwa eine Million Qubits, um Probleme zu lösen, die derzeitige Supercomputer nicht bewältigen können.“ Der „Willow“-Chip umfasst aktuell nur 105 Qubits. Zudem führen mehr Qubits oft zu längeren Rechenzeiten und erhöhen die Komplexität der Systeme.
Trotz dieser Herausforderungen sieht Nevens Team den Durchbruch als Grundlage für zukünftige Entwicklungen. „Der Weg zu einem universell einsetzbaren Quantencomputer ist lang, aber die erzielten Fortschritte beweisen, dass wir auf dem richtigen Weg sind“, so Neven.
Bedeutung für die Forschung und Industrie
Sollte es gelingen, die verbleibenden Hürden zu überwinden, könnten Quantencomputer zahlreiche Bereiche revolutionieren. In der Medizin könnten etwa hochkomplexe Proteinstrukturen simuliert werden, um neue Medikamente zu entwickeln. In der Finanzbranche könnten Quantenalgorithmen helfen, Risikobewertungen präziser zu gestalten. Auch bei der Entwicklung neuer Materialien und Technologien könnten Quantencomputer bahnbrechende Fortschritte ermöglichen.
Die Studie von Google markiert einen wichtigen Meilenstein in einem Wettbewerb, an dem auch andere Technologieriesen wie IBM, Microsoft und Start-ups weltweit beteiligt sind. Obwohl der Durchbruch noch nicht direkt in praktische Anwendungen mündet, zeigt er das immense Potenzial der Quantenforschung und unterstreicht die Rolle von Google als Vorreiter auf diesem Gebiet.
