Google präsentiert Quantenprozessor "Willow"

Unter dem Namen "Willow" präsentiert Google Quantum AI einen neuen Quantenprozessor. Damit sei ein Durchbruch gelungen, teilt Google mit: Der Chip erreiche erstmals eine Quantenfehlerkorrektur mit Fehlerraten unter einem relevanten Schwellenwert. 

Laut Google zeigen ihre Testergebnisse: Je mehr Qubits "Willow" benutzt, desto höher ist die Fehlerreduktion und desto quantenhafter wird das System. Bislang war dieser Zusammenhang umgekehrt: Mit der Zunahme an Qubits erhöhte sich auch die Fehlerquote. 

Fehlerquote sinkt exponentiell

Bei immer grösseren Anordnungen physikalischer Qubits habe sich die Fehlerquote bei jedem Schritt halbiert, heisst es in der Mitteilung weiter. Dementsprechend berichten die Forschenden von einer exponentiell sinkenden Fehlerrate. 

Das Phänomen, Fehler zu reduzieren und gleichzeitig die Anzahl der Qubits zu erhöhen, ist als "unter dem Schwellenwert" bekannt. Google zufolge ist "Willow" nicht nur das erste System unterhalb der Schwelle, sondern auch das erste "jenseits der Gewinnschwelle". Das bedeutet, dass Googles Qubit-Arrays eine längere Lebenszeit haben als einzelne physikalische Qubits. 

Ausserdem sei "Willow" eines der ersten Beispiele für Fehlerkorrektur in Echtzeit. Das sei wichtig, um Fehler zu korrigieren, bevor sie eine gesamte Berechnung ruinieren. "Willows" Fehlerreduktionseigenschaften bringen Google eigenen Angaben zufolge einen Schritt näher an die Ausführung praktischer, kommerziell relevanter Algorithmen.

Willow übertrifft Supercomputer um 10 Septillionen Jahre

Um die Leistung von Quantencomputern zu messen, kommt ein von Google entwickelter RCS-Test (Random Circuit Sampling) zum Einsatz, der in der Branche weithin als Standard gilt. Der Test ist gemäss Google der härteste Benchmark, den man heutzutage auf einem Quantencomputer durchführen kann. Der Test soll überprüfen, ob ein Quantenrechner klassische Computer übertreffen kann.

"Willow" führe die Benchmark-Berechnung in unter fünf Minuten durch. Einer der schnellsten Supercomputer von heute, Frontier, brauche hingegen zehn Septillionen (ausgeschrieben 10,000,000,000,000,000,000,000,000) Jahre dafür, was sogar das Alter unseres Universum übertreffe. Bei dieser Einschätzung nimmt Google an, dass der Supercomputer Frontier für die Berechnung den vollständigen Zugriff auf den Sekundärspeicher hat - laut Google eine grosszügige und unrealistische Annahme für Frontier.

Auch wenn klassische Computer bei diesem Benchmark in Zukunft besser abschneiden, geht Google Quantum AI davon aus, dass Quantencomputer ihren Vorsprung aufrechterhalten und weiterhin ausbauen werden. 

Chip mit 105 Qubits

Die Leistungen, über die Google berichtet, bewerten Quantencomputersysteme ganzheitlich, nicht nur einen Faktor nach dem anderen, wie das Unternehmen mitteilt. Alle Komponenten eines Chips, von der Architektur und Herstellung bis hin zur Entwicklung und Kalibrierung der Gatter, müssten gleichzeitig gut durchdacht und integriert sein. 

"Willow" erziele mit 105 Qubits die beste Leistung auf dem Markt in den Kategorien Quantenfehlerkorrektur und RCS-Benchmark. Zudem habe man mit dem neuen Chip die T1-Zeiten - sozusagen die Lebensdauer von Qubits in einem bestimmten Zustand - um das 5-fache gegenüber der vorherigen Chip-Generation auf einen Wert von fast 100 Mikrosekunden verbessern können. 

Der nächste Schritt nach der Entwicklung von "Willow" ist, reale Anwendungsmöglichkeiten zu demonstrieren, wie Google mitteilt. Bisher führten die Forschenden zwei Arten von Experimenten durch: den RCS-Benchmark und wissenschaftlich interessante Simulationen von Quantensystemen. Letzteres liege noch im Bereich des Möglichen für klassische Computer und der RCS-Test habe abgesehen von der Leistungsmessung von Computern keine Anwendung in der realen Welt.

Googles Ziel ist es nun, "in den Bereich der Algorithmen vorzudringen, die jenseits der Reichweite klassischer Computer liegen und die für reale, kommerziell relevante Probleme nützlich sind."

Die Quanteninformatik birgt nicht nur Chancen, sondern auch Risiken. Welche Herausforderungen Quantencomputer für die Finanzbranche darstellen, lesen Sie hier.