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Kampf der Quantencomputer!

Beitragsbild: IBM Research

Weltpremiere: Zwei Quantenrechner im Duell!

Egal ob Ihr diesen Artikel auf einem Handy, Laptop oder vergleichbaren Gerät lest, all das sind Digitalcomputer. Maschinen, deren Arbeitsweise auf den Prinzipien der Physik und Informatik basieren. Es gibt jedoch auch andere Maschinen, sogenannte Quantenrechner. Sie sollen in Zukunft viel besser parallele Rechenoperationen durchführen können als herkömmliche Computer. Diese neuen Rechner funktionieren nach zwei Prinzipien der Quantenphysik, die wir hier nur mal kurz erwähnen können: der Quantenverschränkung und des Superpositionsprinzips. Die binären Informationen werden über zwei Basiszustände eines physikalischen Systems ermittelt. Man kann zum Beispiel den Spin eines Elektron nehmen, zeigt der nach unten oder nach oben. Ein Zwei-Zustands-Quantensystem wird Quantenbit oder kurz Qubit genannt. Es ist die kleinstmögliche Speichereinheit innerhalb eines Quantencomputers.

Die Forschung im Bereich der Quantencomputer steht noch relativ weit am Anfang. Es gibt verschiedene Verfahren so einen Computer aufzubauen. Da diese Rechner bisher nur sehr bestimmte und unterschiedliche Aufgaben erfüllen können, war es bisher nur sehr schwer diese verschiedenen Ansätze miteinander zu vergleichen. Forscher der University of Maryland haben es geschafft, einen Quantencomputer frei programmierbar zu machen. Dieser Rechner benutzt fünf Ytterbium-Ionen als Qubits. Diese stecken in Magnetfallen und werden sozusagen durch Laser programmiert, der sie paarweise verschränkt. Dieser Rechner konnte nun also mit einem einer anderen Bauart verglichen werden. Und der wird von IBM produziert. Die Qubits sind hier virtuell und werden Transmon Qubits genannt. Mit Hilfe von Mikrowellen lassen sich diese Supraleiter-Inseln, die aus fünf Metallspulen bestehen, verbinden.

Der Vergleich

Nun haben die Forscher die beiden System vier Algorithmen berechnen lassen. Um einen Vergleich ziehen zu können, haben sie sich folgende Aspekte angeschaut: Korrektheit der Ergebnisse, Zuverlässigkeit und Dauer der Rechenoperation angeschaut. Und tatsächlich fanden sie teilweise sehr markante Unterschiede: Der IBM-Rechner war teilweise bis zu 1000 mal schneller als sein Konkurrent, dieser hatte jedoch eine eine höhere Zuverlässigkeit. Er kam auf einen Wert von 77 bis 90 Prozent, während der IBM-Rechner nur auf 35 bis 74 Prozent kam. Beim sogenannten Bernstein-Vazirani-Algorithmus schaffte es der Ionen-Rechner doppelt so oft korrekte Ergebnisse zu liefern wie der IBM-Rechner.

Die Gründe für die Unterschiede sehen die Forscher in den verschiedenen Bauarten der Maschinen. Die Qubits des Ionen-Rechners seien viel stärker miteinander verknüpft. Jedes Ion kann mit jedem anderen interagieren. Bei dem IBM-Rechner läuft das über eine zentrale Spule ab. Mit den Ergebnissen konnten die Forscher feststellen, auf welche Faktoren es in Zukunft ankommt.

“Dies sind wichtige Erkenntnisse, wenn es um das künftige Hochskalieren von Quantencomputern geht”, so Chris Monroe von der University of Maryland.

Die Architektur eines Quantencomputers, die Verbindung der Qubits und der Rekonfigurierbarkeit der Gates sind demnach wichtig, um die Technik später im großen Stil einzusetzen, wenn Quantencomputer eines Tages mal das Experimentierstadium verlassen und praktisch eingesetzt werden können. Wann das soweit sein wird? Wer weis das schon?

Quellen:
https://arxiv.org/abs/1702.01852
http://jqi.umd.edu/news?page=1
http://www.fuw.edu.pl/press-release/news4847.html
http://en.uw.edu.pl/first-photonic-integrated-circuit/
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21193-2017-02-27.html
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21217-2017-03-03.html

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