Rechen-Power der Zukunft schon heute simulieren

Es wird noch einige Zeit vergehen, bis die superschnellen Quantenrechner in Massenstückzahl bereitstehen. Supraleiter, Spin-Qubits, Ionenfallen oder die NISQ-Technologie - welche Systeme sich als Basis wohl durchsetzen werden? Fest steht: Simulationsplattformen werden den Weg zur Marktreife verkürzen, da sich mit ihnen kostengünstig ein wesentliches Manko angehen lässt. Zudem eignen sie sich, um an der quantensicheren Verschlüsselung zu arbeiten - ein weiteres Zukunftsthema.

Mit Quantenrechnern, die 50 bis 100 Quantenbits, kurz Qubits, bereitstellen, können Forscher komplexe Analysen durchführen, die mit einem konventionellen Computer deutlich länger dauern würden. An diesem Punkt ist die sogenannte Quantum Supremacy erreicht, also die Überlegenheit der Quantensysteme. Herkömmliche Supercomputer arbeiten auch künftig die vielen Lösungswege einer variantenreichen Berechnung nacheinander ab.

Ein Quantensystem erledigt das parallel – und in Sekunden oder Millisekunden. Möglich macht den Rechenzauber ein Quantengatter, das die Qubits verschränkt und ihre Zustände von null, eins oder beliebig vielen dazwischen manipuliert. Auf die Weise lassen sich Qubits messen und in die gängigen Werte von null und eins übersetzen, die wiederum das Ergebnis darstellen. Wie das Gatter anzuwenden ist, legen spezielle Quantenalgorithmen fest.

Experten streiten, wann Quantencomputer den Markt in Massen erobern. Die Fachwelt geht mehrheitlich davon aus, dass es in fünf bis zehn Jahren so weit sein wird. Prototypen und erste kommerzielle Systeme erfüllen jedoch bereits heute das Kriterium Quantum Supremacy oder kommen dem sehr nahe. Anfang März stellte Google den Quantenprozessor Bristlecone vor, der mit 72 Qubit den bisherigen Spitzenwert markiert.

Zuvor hatte IBM im Januar auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas einen Quantenrechner mit einer Leistung von 50 Qubit angekündigt. Ebenfalls auf der CES 2018 präsentierte Intel den Quantenprozessor Tangle Lake. Der Chip mit 49 Qubit basiert auf dem Supraleitungsprinzip. Er benötigt daher Umgebungen mit einer Temperatur nahe des absoluten Nullpunkts (– 273,15 °C oder 0 Grad Kelvin).