Quantencomputer: neuer Durchbruch von Google?

200 Sekunden für eine Aufgabe, die ein normaler Computer in 10.000 Jahren erledigt: ein echter Durchbruch oder nur ein wortwörtlicher Quantensprung?

Google im Glück
Im renommierten Wissenschaftsmagazin Nature hat Google kürzlich bekanntgegeben, einen Meilenstein im Bereich des Quantencomputings erreicht zu haben. Zeitgleich garnierte der Konzern dies mit einem Blog-Post von Google-Chef Sundar Pichai höchstpersönlich, der untermauert wurde von John Marinis, einem in der Fachwelt ebenfalls sehr bekannten Wissenschaftler in diesem Bereich. Aber was genau ist eigentlich passiert?

In einem Experiment will Google Quantum Supremacy, also in etwa die Quantenüberlegenheit, nachgewiesen haben. Ein experimenteller Quantencomputer, den Google mit eigenen Chips gefertigt hat, konnte dabei eine Aufgabe innerhalb von 200 Sekunden lösen, für die der schnellste verfügbare Supercomputer 10.000 Jahre brauchen würde.

Einen "großen Meilenstein", um die "Prinzipien der Quantenmechanik zur Lösung von Rechenproblemen" zu begreifen, nannte es Pichai. Was genau das technisch bedeutet, schauen wir uns im nächsten Abschnitt an.

Computer vs. Quantencomputer
Ein normaler PC (und jedes Smartphone, Tablet, Notebook und andere Gerät und somit auch das, welches Sie gerade benutzen) speichert Informationen als Bit, und jedes Bit kann entweder einen Wert von 0 oder 1 besitzen - Strom fließt oder er fließt nicht. Ein Qubit - die Informationseinheit eines Quantencomputers - kann hingegen sowohl 0 als auch 1 gleichzeitig sein.

Mit beispielsweise 8 Bits in einem gewöhnlichen Computer lässt sich genau eine Zahl zwischen 0 und 255 speichern. 8 Qubits schaffen es jedoch, sich in jedem beliebigen dieser 256 Zustände zugleich zu befinden. Viel weniger Aufwand für viel mehr Ertrag: So oder so ähnlich könnte man die (theoretischen) Vorteile der Quantencomputer zusammenfassen.

Das Potenzial der Geräte wurde auch schon seit langem erkannt und so gibt es kaum einen großen Konzern aus dem IT-Sektor, der nicht daran forscht oder teilweise - wie Google oder IBM - schon erste funktionsfähige Prototypen präsentieren kann. Dabei wird nicht nur daran gearbeitet, Experimente durchzuführen, sondern wirklich unter normalen Bedingungen funktionierende Computer herzustellen, wie sie heute bereits unter vielen Schreibtischen stehen.

Insbesondere der letzte Satz ist bislang noch ein großes Hindernis: Um mit Qubits rechnen zu können, müssen die Anlagen auf extrem niedrige Temperaturen heruntergekühlt werden. Im Heimbereich und selbst in den meisten Unternehmen ist das momentan noch nicht machbar. Der Grund hierfür liegt nicht etwa in einer hohen Hitzeentwicklung, sondern an den Quantenpartikeln selbst, die durch äußere Störungen - und somit auch Temperaturschwankungen - ihre Position verlieren, was das Rechenergebnis verändern würde. Da hier Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt notwendig sind, wird ein massentauglicher Quantencomputer erst in einigen Jahrzehnten erwartet.

Computer ade?
Ganz so einfach ist es nicht: Der klassische Computer mit seinen einfachen Bits wird uns noch viele Jahrzehnte begleiten. Auch gab es einige Kritik am Vorgehen Googles, nicht zuletzt von IBM: Deren Wissenschaftlicher haben die Ergebnisse von Google bereits im Vorfeld angezweifelt und dargestellt, dass unter idealen Bedingungen ein normaler Computer nicht 10.000 Jahre, sondern 2,5 Tage bräuchte. Noch immer wäre dafür allerdings der derzeit schnellste verfügbare Supercomputer (aktuell "Summit" in den USA mit 148.000 TFlop/s Rechenleistung, 2,4 Millionen CPU-Kernen und über 10.000 kWh Stromverbrauch) notwendig. Selbst im Vergleich zum Zeitraum weniger Tage wäre also ein deutlicher Vorteil sichtbar.

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Einigkeit besteht jedoch weitgehend darüber, dass Google einen wichtigen Schritt unternommen hat, um Quantencomputer überhaupt zu verstehen und zu kontrollieren. Bis zu einer kommerziellen Nutzung oder auch nur bis zur Lösung echter Probleme werden zwar noch viele Jahre vergehen - aber auch erste Computersysteme, die ganze Fabrikhallen füllten und so viel Strom verbrauchten wie eine Kleinstadt waren schließlich nicht ansatzweise so nützlich wie ein kleines Smartphone in der Hosentasche heute.