Amazon ist das dritte große Technologieunternehmen innerhalb weniger Monate, das einen Durchbruch in der Quanteninformatik verkündet. Diese Technologie verspricht enorme Rechenleistung, ist jedoch mit erheblichen technischen Herausforderungen verbunden.
Das Unternehmen hat Ocelot vorgestellt, einen Prototyp-Chip, der auf “Cat-Qubit”-Technologie basiert. Dieser Ansatz leitet seinen Namen vom berühmten Gedankenexperiment “Schrödingers Katze” ab.
Der Chip soll eines der größten Hindernisse für die Entwicklung von Quantencomputern lösen: Fehlerfreiheit.
Amazon erklärt, dass die jüngsten Fortschritte in der Branche darauf hindeuten, dass nützliche Quantencomputer früher verfügbar sein könnten als bislang angenommen. Experten diskutieren jedoch, wie schnell diese Maschinen leistungsfähig genug für kommerzielle Anwendungen werden.
Oskar Painter vom Amazon Web Services (AWS) Center for Quantum Computing am California Institute of Technology, wo die Forschung stattfand, erklärte, dass ein “ehrgeiziges” Ziel von zehn Jahren mittlerweile realistisch erscheine.
“Vor fünf Jahren hätte ich noch von 20 bis 30 Jahren gesprochen”, sagte er. “Aber der Zeitplan hat sich erheblich verkürzt.”
AWS, das Cloud-Computing-Dienste anbietet, plant, künftig Quantencomputing für Kunden bereitzustellen. Painter sieht auch Potenzial für die Optimierung der globalen Logistik von Amazons Einzelhandel.
“Eine Verbesserung von nur einem Prozent bedeutet riesige Einsparungen. Quantencomputer könnten das effizienter und in Echtzeit ermöglichen”, erklärte er.
Was ist ein Cat-Qubit?
Quantencomputer lösen Probleme, indem sie die einzigartigen Eigenschaften von Materie und Energie auf kleinster Skala nutzen.
Sie ersetzen klassische Computer nicht, können aber Aufgaben bewältigen, die für herkömmliche Rechner unüberwindbar sind. Das könnte zu neuen Entdeckungen führen, etwa besseren Batterien oder innovativen Medikamenten.
Doch Fehler behindern diese Entwicklung. Quantencomputer sind extrem empfindlich gegenüber Umgebungsstörungen wie Vibrationen, Hitze oder elektromagnetische Wellen. Sogar kosmische Strahlung kann Fehler verursachen, die korrigiert werden müssen.
Cat-Qubits sollen dieses Problem lösen, indem sie Fehlerresistenz direkt in ihr Design integrieren.
Qubits sind die Grundeinheiten von Quantencomputern, vergleichbar mit den Bits in herkömmlichen Computern. Cat-Qubits wurden nach Erwin Schrödinger benannt, dessen Gedankenexperiment von 1935 die Quantenmechanik anschaulich machte.
Amazon geht davon aus, dass sein neuer Chip, der fünf Cat-Qubits unter insgesamt 14 Schlüsselkomponenten enthält, die Kosten für Fehlerkorrektur um bis zu 90 % senken kann.
Die Technologie ist nicht exklusiv für Amazon. Das französische Unternehmen Alice & Bob leistete Pionierarbeit in diesem Bereich und entwickelt sie weiter.
Mazyar Mirrahimi, Forschungsleiter am französischen Technologieinstitut Inria, bezeichnete Ocelot als “wichtigen Schritt hin zu fehlerresistenter Quantenberechnung”.
Amazon sieht in dem Chip eine Möglichkeit, leistungsstarke Maschinen mit eingebauter Fehlerkorrektur zu entwickeln. Forscher räumen jedoch ein, dass noch viele Herausforderungen zu bewältigen sind.
Michael Cuthbert, Direktor des britischen National Quantum Computing Centre, begrüßt Amazons Fortschritte, bleibt jedoch vorsichtig.
“Fehlerkorrektur ist ein entscheidender Schritt für die langfristige Entwicklung der Quanteninformatik. Sie macht Quantencomputer zu praktischen Werkzeugen, mit denen wir komplexe Probleme in Chemie, Materialwissenschaft, Medizin, Logistik und Energie lösen können.”
“Die Herausforderung besteht darin, diese revolutionäre Technologie effizient zu skalieren. Mechanismen, die Fehlerkorrektur ohne großen Mehraufwand bei Chipgröße, Energieverbrauch und Systemkomplexität ermöglichen, sind besonders willkommen.”
Amazon-Forscher haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Ein Wendepunkt in der Quanteninformatik?
Amazon, Microsoft und Google haben alle neue experimentelle Chips angekündigt. Doch handelt es sich dabei um echte Forschungserfolge oder geschickte PR? Oder ist es Zufall, dass diese Ankündigungen zeitgleich kommen?
Heather West, Forschungsmanagerin bei der International Data Corporation, beobachtet die Quantenbranche genau. Sie wurde vorab von Amazon über den neuen Chip informiert.
Sie beschreibt Amazons Ergebnisse als “Fortschritt”, aber nicht als “Durchbruch”.
Alle drei kürzlichen Ankündigungen konzentrieren sich auf die Reduzierung von Fehlern. Die Branche bewegt sich von der reinen Erhöhung der Qubit-Zahl hin zur Skalierbarkeit für reale Anwendungen.
“Wir müssen Fehlerkorrektur innerhalb der Quantencomputer lösen, um sie in der Praxis nutzbar zu machen”, erklärt sie.
Painter stimmt zu, dass es schwierig sein wird, das aktuelle experimentelle System zu skalieren.
