Das Google Quantum AI-Labor hat kürzlich die Einführung seines neuesten Quantencomputerchips Willow angekündigt, der in den beiden Schlüsselbereichen Quantenfehlerkorrektur und Rechenleistung bedeutende Fortschritte erzielt und einen entscheidenden Schritt in Richtung praktikabler Quantencomputer darstellt.
Historischer Durchbruch: Exponentielle Reduzierung von Quantenfehlern
Der wichtigste Durchbruch von Willow ist die erstmalig erreichte „unterhalb der Schwelle“ (below threshold) liegende Quantenfehlerkorrektur, die eine Kernherausforderung im Bereich des Quantencomputings der letzten 30 Jahre löst. In einem in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Artikel zeigt das Forschungsteam, dass die Fehlerrate des Systems durch die Verwendung mehrer Quantenbits exponentiell sinkt.
In konkreten Experimenten testeten die Forscher 3×3, 5×5 und 7×7 Quantenbit-Arrays. Mit zunehmender Größe des Arrays konnte die Fehlerrate jedes Mal halbiert werden. Dieses Ergebnis markiert die Entstehung des ersten wirklich skalierbaren Prototypsystems für logische Quantenbits und liefert einen starken Beweis für den Bau eines praktikablen Quantencomputers in großem Maßstab.
Video von Julian Kelly, Leiter der Quantenhardware, in dem er Willow und seine bahnbrechenden Leistungen vorstellt
Beeindruckende Rechenleistung
Beim Benchmark-Test für zufällige Schaltkreisproben (RCS) zeigte Willow beeindruckende Leistungsvorteile. Es benötigte weniger als 5 Minuten, um eine Berechnung durchzuführen, für die der derzeit schnellste Supercomputer 10 Trillionen Trillionen Jahre (10 hoch 25 Jahre) benötigen würde – eine Zeitspanne, die das Alter des Universums bei weitem übersteigt.
Moderne Hardware-Spezifikationen
Der Willow-Chip wurde in Googles spezialisierter Quantenchip-Fertigungsanlage in Santa Barbara hergestellt und verfügt über 105 Quantenbits. Der Chip erreicht in mehreren wichtigen Kennzahlen branchenführende Werte. Die T1-Zeit der Quantenbits (die Zeit, in der der Quantenzustand erhalten bleibt) liegt bei fast 100 Mikrosekunden, eine Steigerung um etwa das Fünffache gegenüber der Vorgängergeneration.
Der nächste Schritt in Richtung Praxisanwendung
Der Gründer des Google Quantum AI-Labors erklärte, dass das Team als nächstes Ziel die erste „nützliche, klassische Computer übertreffende“ Anwendung im praktischen Einsatz anstrebt. Sie sind der Meinung, dass der Willow-Chip diese Zielsetzung unterstützen kann. Potenzielle Anwendungsbereiche sind:
Entwicklung neuer Medikamente
Optimierung des Designs von Batterien für Elektroautos
Kernfusionsforschung
Entwicklung erneuerbarer Energien
Kooperation zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Forschung
Um die Entwicklung des Quantencomputings voranzutreiben, hat Google auch Open-Source-Software und Bildungsressourcen veröffentlicht, darunter einen neuen Kurs auf der Plattform Coursera, der Entwicklern hilft, die Grundlagen der Quantenfehlerkorrektur zu erlernen und gemeinsam zukünftige Anwendungsszenarien für Quantencomputer zu erforschen.
Dieses bahnbrechende Ergebnis zeigt das enorme Potenzial des Quantencomputings bei der Lösung komplexer Probleme und eröffnet neue Möglichkeiten für die zukünftige Entwicklung von Bereichen wie der künstlichen Intelligenz. Google erklärt, dass Quantencomputer zu einem unverzichtbaren Werkzeug werden, um Trainingsdaten zu sammeln, die mit klassischen Computern nicht zugänglich sind, bestimmte Lernarchitekturen zu optimieren und Quantensysteme zu simulieren.