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D-Wave liefert Quanten-Computer mit 2.000 QuBits für 15 Millionen US-Dollar aus

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Im September 2015 vermeldete das kanadische Unternehmen D-Wave einen neuen Quantensprung bei der Entwicklung des Quanten-Computers. Erstmals konnten ein Quanten-Prozessor mit 1.000 QuBits in Betrieb genommen werden. Nun hat das Unternehmen einen weiteren Schritt gemacht und präsentiert mit dem D-Wave 2000Q einen Quanten-Rechner, der 2.000 QuBits in sich vereint. Damit möchte D-Wave die Rechenleistung abermals verdoppelt haben. Ein solcher Prozessor wird als Quantum Processing Unit oder kurz QPU bezeichnet.

Wer sich einen solchen, weiterhin experimentellen Rechner, anschaffen möchte, sollte zum einen 15 Millionen US-Dollar übrig, aber auch einen günstigen Stromanbieter an der Hand haben. Der Quanten-Prozessor wird, damit er funktioniert, auf nur 15 mK über dem absoluten Temperaturnullpunkt heruntergekühlt. Dieser liegt bei -273,2 °C, erreicht wird eine solch niedrige Temperatur mittels flüssigem Helium. Doch nicht nur Helium ist notwendig, sondern auch unglaublich viel Energie für weitere Kühleinheiten der zahlreichen Schichten, die den Prozessor umhüllen. Ein D-Wave Q2000 verbraucht daher im Betrieb 15.000 W. Der Prozessor befindet sich in einem 3 m hohen Schrank, der ein Volumen von 65 m³ benötigt. Der D-Wave Q2000 ist also zunächst nicht viel mehr als ein riesiger Kühlschrank, in dem eine QPU arbeitet.

Was ist das Quanten-Computing?

Quanten-Computer arbeiten anders als uns bekannte binäre Hardware. Bevor wir aber zu den QuBits kommen, noch einmal ein Blick auf unser binäres System, auf dem die aktuelle Technik arbeitet. Dort wird mit Transistoren gearbeitet, die offen oder geschlossen sein können. Ein offener Transistor repräsentiert eine 0, ein geschlossener Transistor eine 1.

Ein Quantencomputer arbeitet aber nach dem Prinzip der Quantenmechanik und darin anhand der Superposition. Eine gleiche physikalische Größe kann sich dabei überlagern, ohne sich dabei gegenseitig zu behindern. Ein QuBit kann also gleichzeitig eine 1 und eine 0 repräsentieren. Die genauen physikalischen Vorgänge dahinter beschreibt die Quantenmechanik. Für die Beschreibung des Quantencomputers bliebt wichtig, dass ein Bit oder QuBit eben nicht nur 0 oder 1 sein kann, sondern 0 und 1 gleichzeitig. Binär ausgedrückt werden über ein QuBit 00, 01, 10 und 11 repräsentiert. Mit einer Steigerung der QuBits steigt somit auch die Rechenleistung des Systems exponentiell an.

Soweit mag dies noch alles einleuchtend sein und bringt die Frage auf, warum Computer nicht heute schon so arbeiten. Doch der Aufbau eines Quantencomputer und der einzelnen QuBits gestaltet sich sehr schwierig. Sobald die Informationen aus einem QuBit ausgelesen werden, werden diese dekohärent – sind danach also verändert und müssten für eine Speicherung erneut geschrieben werden. Aber dies ist nur eine der Hürden, die noch genommen werden müssen.

Geschichte der Entwicklung

D-Wave in seiner ersten Version wurde 2007 gebaut und verwendete 16 QuBits. 2013/2014 war man bei 512 QuBits angelangt, wobei jeder QuBit einen kleinen superleitenden Schaltkreis darstellt. Dieses System wird dazu extrem niedrigen Temperaturen ausgesetzt und ermöglicht so einen Stromfluss in beide Richtungen. Über Algorithmen und das erkennen bestimmter Muster bei Temperaturerhöhungen wird die Berechnung ausgeführt. Physikalisch sind auch hier viele Prozesse gleichzeitig im Gange, die sich nur schwer erklären lassen. D-Wave ist vermutlich auch noch kein echter Quanten-Computer im Sinne der Definition, es werden noch keine echten Berechnungen ausgeführt, sondern er wird dazu verwendet zu verstehen, wie dies früher oder später funktionieren könnte.

Die Wissenschaft streitet sich also, ob das, was D-Wave seit Jahren entwickelt, auch wirklich auch Quanten-Computer ist oder nicht. D-Wave präsentiert gerne Benchmarks, in denen die QPU Aufgaben um den Faktor 1.000 oder gar 10.000 schneller erledigt, als dies klassische Server tun. Die hier verwendeten Algorithmen sind aber speziell auf die Möglichkeiten der QPU ausgelegt. Dazu wird die Rechenaufgabe in eine Art topographische Karte überführt, die durch die QPU besser verstanden und letztendlich auch berechnet werden kann.

Solche speziellen Berechnungen sind zum Beispiel Quantum Monte Carlo (QMC). QMC eignet sich besonders für die Simulation von Molekülen. Ein weiteres Beispiel ist der Hamze-de Freitas-Selby (HFS) Algorithmus. Allesamt sind diese Berechnungen keine einfachen Fließkommaberechnungen, auf die aktuelle CPUs und GPUs ausgelegt sind. Daher ist ein Vergleich der Rechenleistung auch nur schwer möglich. Dies bezieht sich auch auf die Energieeffizienz, denn nur wenn ein D-Wave 2000Q bei einem Verbrauch von 15.000 W auch um den Faktor 10.000 effizienter als eine GP100-GPU von NVIDIA ist, kann D-Wave auch hinsichtlich der Effizienz mithalten.

Über Sinn und Unsinn von Quanten-Computern streitet sich also die Wissenschaft und demnach ist nicht abzusehen, ob sie in absehbarer Zeit eine wichtige Rolle im Computing spielen werden oder nicht.

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Kommentare (26)

#17
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Registriert seit: 19.10.2009
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Lesertest-Fluraufsicht
Beiträge: 5963
@ Havellaender Mein Gedanke. Geschichte wiederholt sich, der Punkt ist genau da jetzt gekommen :D
#18
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Gefreiter
Beiträge: 33
Alle meine Ausführeungen weiter unten kann man überspringen, wenn man einfach nur das hier liest:
"The latest D-Wave technically has over 1,000 qubits, but the system is not seen as a ’true quantum computer’. "

Google may unveil a powerful quantum computer by end of 2017 | News | DatacenterDynamics

Wer mehr wissen will, liest noch den Rest!
;)


Kann es sein, dass die beiden Zitate sich widersprechen?

"Mit einer Steigerung der QuBits steigt somit auch die Rechenleistung des Systems exponentiell an."

"Erstmals konnten ein Quanten-Prozessor mit 1.000 QuBits in Betrieb genommen werden. Nun hat das Unternehmen einen weiteren Schritt gemacht und präsentiert mit dem D-Wave 2000Q einen Quanten-Rechner, der 2.000 QuBits in sich vereint. Damit möchte D-Wave die Rechenleistung abermals verdoppelt haben."

Beim Versuch ein bischen mehr die Zusammenhänge zu verstehen, bin ich auf ein weiteres interessantes Zitat gestoßen:
Das ungleiche Rennen um den Quantencomputer | Telepolis

"Schon 300 Qubits genügen, um mehr Möglichkeiten simultan zu testen als es im Universum Teilchen gibt. "

Somit müsste der im Artikel genannte Quomputer (2.000 QuBits) förmlich eine Welterschaffungsmaschine sein... und so viel Leistung jetzt schon verfügbar für lediglich 15mio? Das kann ich kaum glauben!
;)
Irgendwie ist das Thema einfach noch zu unverdaut, ich habe nicht nur das Gefühl, dass nicht nur ich es nicht wirklich verstehe, sondern genauso wenig die Redakteure, die diverse Artikel darüber schreiben.

Das beruhigt mich zwar etwas, dass ich nicht der einzige Verständnislose bin, aber würde es dennoch gerne besser verstehen!
:D

2017 soll das Jahr der "Quantum Supremacy" werden.
Insofern rechne ich einfach mal mit einem weiteren Strom an Infos zu dem Thema und stückweise wirds bestimmt klarer, was das für ein Ding ist, das QuBit.. ;)

ICES Event 2017-01-27: Quantum Supremacy


Also schlussendlich hat es sich aufgeklärt, wie es zu diesen zahlreichen Widersprüchen kommen konnte.. Ich habe auch im Artikel den entsprechenden Absatz versehentlich übersprungen. ;)
Die D-Wave-Geräte, sie sind keine "echten" Quantencomputer und daher sind deren Tausende QuBits auch nicht so leistungsfähig, bzw. haben keine so "hohe Qualität" wie sie es in einem "echten" Quantencomputer wäre.
Leider wird nicht erklärt, weswegen die D-Waves genau betrachtet keine "echten" Quantencomputer sind...

Google plant die "Quantum Supremacy" Ende 2017 mit einem Quompuzter zu erreichen, der lediglich über 50 QuBits verfügt.
Das ist auch mal eine viel realistischere Anzahl an QuBits...
#19
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Registriert seit: 30.10.2012
Mittelfranken
Stabsgefreiter
Beiträge: 265
Steht auch so im Artikel (das sich die Wissenschaftler streiten).

Den Widerspruch habe ich auch sofort gesehen:
quadriert, nicht verdoppelt.

Diese Behauptung mit 300 QuBits muss noch rechnerisch bewiesen werden. Ist also ein Satz ohne Bedeutung.

Wie ich verstanden habe, liegt es an der Superposition, die durch D-Wave nicht vollständig ausgereizt werden kann.
Außerdem kann man damit keine Quantenabhängigkeit erzwingen. Es hieß, wenn diese auftritt, dann spiegelt ein Q den Zustand des Anderen, egal wie weit sich diese voneinander befinden. Somit könnte man theoretisch verzögerungsfrei Informationen z. B. von Erde zum Mars übertragen.
#20
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Registriert seit: 06.02.2014
Im sonnigen Süden
Admiral
Beiträge: 11739
Zitat Janosch;25258843
Beim Versuch ein bischen mehr die Zusammenhänge zu verstehen, bin ich auf ein weiteres interessantes Zitat gestoßen:
Das ungleiche Rennen um den Quantencomputer | Telepolis

"Schon 300 Qubits genügen, um mehr Möglichkeiten simultan zu testen als es im Universum Teilchen gibt. "

Somit müsste der im Artikel genannte Quomputer (2.000 QuBits) förmlich eine Welterschaffungsmaschine sein... und so viel Leistung jetzt schon verfügbar für lediglich 15mio?
Naja, die Einschränkung ist dass nicht alles mit sowas berechenbar ist, da der Input fehlt.
Ein normaler PC kann auch mit so vielen Bits rechnen dass man damit die Anzahl der Teilchen im Universum (10 hoch 80) darstellen könnte.


Interessant aus deinem Link finde ich aber diese Aussage:
Zitat
Für Google dürften der erste und dritte Punkt besonders interessant sein. Forscher der Firma haben den D-Wave-Computer programmiert, Autos auf beliebigen Bildern zu detektieren.

Also kann das Teil wirklich doch schon Ergebnisse Ausspucken?!

Zitat Sanek;25259695
Außerdem kann man damit keine Quantenabhängigkeit erzwingen. Es hieß, wenn diese auftritt, dann spiegelt ein Q den Zustand des Anderen, egal wie weit sich diese voneinander befinden. Somit könnte man theoretisch verzögerungsfrei Informationen z. B. von Erde zum Mars übertragen.

Das nennt sich Quantenverschränkung und ist weider ein weiteres hochkomplexes aber unglaublich faszinierendes Thema (es als Laie zu betrachten. Theoretische Forschung selbst zu betreiben ist wahrscheinlich eher nicht besonders spannend).
#21
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Registriert seit: 23.06.2011

Banned
Beiträge: 2024
tja wir haben Ideen , Quantenprozessoren, kalte Fusion, Teilchenbeschleunigung, uns fehlen nur noch ein paar neue Materialien um diese im Zaum zu halten, dann hätten wir es doch im Sack...
#22
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Registriert seit: 10.12.2012

Hauptgefreiter
Beiträge: 243
Offtopic: Die Sonne benutzt auch einen quantenmechanischen Effekt für die Kernfusion, den Tunneleffekt.
Zum Glück ist die Wahrscheinlichkeit die Potentialbarriere zu überwinden so extrem gering, sonst hätte der Stern längst jeglichen Brennstoff aufgrebraucht und wir säßen im kalten oder wären Hoth.
#23
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Registriert seit: 02.07.2007

Kapitän zur See
Beiträge: 3172
hmmm stattn netzteil so ne endlosbatterie oder gleich son endlosnetzteil :) oder gleich nen mini fusionskraftwerk in den wasserkühlungskreislauf einbauen.würde sich schick im pc gehäuse machen.wobei son mini atomreaktor auch von vorteil wäre,da nachts die pc komponenten grün leuchten würden und man keine extra leds bräuchte.Hachja...
#24
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Registriert seit: 06.01.2009

Oberbootsmann
Beiträge: 793
Ob es da von be quiet für den Dark Rock auch ein kostenloses Adapterkit für den Sockel gibt ^^

[ATTACH=CONFIG]389420[/ATTACH]
#25
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Registriert seit: 09.12.2004
im chaos
Vizeadmiral
Beiträge: 6292
Läuft auf dem auch Minecraft? ^^
#26
Registriert seit: 24.01.2011

Bootsmann
Beiträge: 718
Zitat hostile;25262583
Läuft auf dem auch Minecraft? ^^

Ja, aber mit Atomen statt Blöcken ;)
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