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Ein Quantensprung für Google: Erster Chip mit 72 Qubits

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googleWie alle großen, in diesem Bereich aktiven Unternehmen ist Google bei den Quantencomputern bzw. in der Quantenforschung aktiv. Die Google Quantum AI Labs arbeiten seit Jahren an der Entwicklung der dazugehörigen Hard- und Software. In der aktuellen Phase geht es darum die entsprechenden Chips für den Praxiseinsatz größer zu skalieren sowie die Bedingungen für den Betrieb weiter zu entschärfen. So arbeitet Intel an der Nutzung von Spin Qubits, die bei höheren Temperaturen betrieben werden können.

Das Verfälschen der Daten durch zu hohe Temperaturen im System und durch Wechselwirkungen der einzelnen Qubits ist derzeit noch das größte Problem. Daher werden die supraleitenden Qubits nahe am Nullpunkt gehalten, damit sie keine Eigenbewegung entwickeln, was die Daten verfälschen würde. Fehlervermeidung und Fehlerkorrektur sind somit ein sehr wichtiges Thema.

Der nun neue und Bristlecone getaufte Quantum-Prozessor besitzt 72 Qubits und ist damit der in dieser Hinsicht komplexeste Chip. Bei Intel arbeitet ein solcher Chip mit 49 Qubits, IBM testet derzeit mit 50 Qubits. Beim Design der Hardware hat Google aus den vorherigen Chip mit 9 Qubits gelernt, bleibt dem grundsätzlichen Prinzip aber treu. Die Fehlerrate belief sich hier auf 1 %, als Single-Qubit-Gate spricht Google von 0,1 % und als Two-Qubit-Gate von 0,6 %. Dies sind natürlich Werte, die für den Praxiseinsatz noch völlig inakzeptabel. Um die Fehlerrate weiter zu senken muss die Hardware verbessert werden. Außerdem arbeitet Google an neuen Quanten-Algorithmen sowie First und Second Order Error-Correction.

Bis die Quantum Supremacy, also die Überlegenheit der Quantencomputer gegenüber den klassischen Systemen eintreten wird, müssen Hard- und Software noch deutlich verbessert werden. Für bestimmte Anwendungen sind Quantenchips mit etwa 50 Qubits bereits heute überlegen, allerdings ist dies nur für extrem eingeschränkte Anwendungsbereiche der Fall und macht auch erst Sinn, wenn die Fehlerrate für Two-Qubit-Gate unter 0,5 % fällt.

Die Hardware weiter zu skalieren ist eine der größten Herausforderungen. Quanten-Chips mit bis zu 1.000 Qubits sieht Google weiterhin als Testphase an. Erst danach wird der Praxiseinsatz interessant und mit mehr Qubits wird auch die Fehlerrate geringer bzw. Fehler lassen sich einfacher korrigieren. Ab einer Million Qubits ist die Rate dann auf einem Niveau, welches es erlaubt Quantencomputer als echte Alternative zu sehen.

Bis dahin ist der Bristlecone-Quantum-Prozessor mit 72 Qubits die für Google aktuelle Plattform zur weiteren Forschung und Entwicklung.