IBM an der Schwelle zum Quantencomputer

Computerriese IBM steht nach eigenen Angaben kurz davor, erstmals einen praktisch verwendbaren Quantencomputer zu bauen. Dank langer Forschungsarbeit und dem Einsatz von Hochleistungskühlsystemen ist es gelungen, dreidimensionale, supraleitende Qubits zu produzieren, die ihren Quantenzustand bis zu 100 Mikrosekunden – und damit das wissenschaftlich akzeptierte Minimum – halten können. Das Unternehmen wird seine neuesten Ergebnisse heute, Dienstag, der American Physical Society http://aps.org präsentieren.

Vom Bit zum Qubit

Die Wissenschaft ist bereits lange auf der Jagd nach dem Quantencomputer, denn dieser verspricht bislang ungekannte Ausmaße in Leistungsfähigkeit und Anwendung. Traditionelle Rechner funktionieren mit Bits, die wiederum nur in zwei Zuständen existieren: „An“ und „Aus“. Diese sind in der Maschinensprache gleichbedeutend mit jenen Einsen und Nullen, aus denen jede logische Operation aufgebaut ist.

Qubits kennen nicht nur An und Aus, sondern auch alle möglichen Zwischenzustände und einen Zustand, der beide gleichzeitig umfasst, und das zur gleichen Zeit. Ein mit 250 Qubit operierender Computer enthält laut IBM mehr Daten als das Universum Atome. Quantenrechner sollen beispielsweise in der Lage sein, heute kaum oder gar nicht zu knackende Kryptografieverfahren in Echtzeit zu entschlüsseln und könnten sich auch mathematischer Aufgaben annehmen, die heute noch nicht gelöst werden können. Dementsprechend viel setzt man auf diese Technologie und erhofft sich durch ihren Einsatz enorme Fortschritte in verschiedensten Feldern der Wissenschaft.

Durchbruch ist nahe

Derzeit eignen sich Qubits jedoch noch nicht für die Durchführung zuverlässiger Berechnungen. Zu groß ist noch ihre Anfälligkeit gegenüber Einflüssen wie Wärme oder Strahlung und dementsprechend sind die Rechenoutputs von schwankender Präzision. Ab einer Stabilität von 100 Mikrosekunden soll es jedoch möglich sein, Fehlerkorrekturverfahren einzusetzen, die zur Erreichung der benötigten Genauigkeit führen, die derlei Operationen voraussetzen.

Gelingt der Durchbruch, so dürfte auch die Massenfertigung von Quantencomputer-Bausteinen nicht lange auf sich warten lassen. IBM setzt bereits jetzt auf konventionelle Herstellungsverfahren zur Entwicklung von Qubits. Die Herausforderung liegt nun darin, diese möglichst geschützt operieren zu lassen und die optimalen Herstellungsmaterialien zu entwickeln. „Wenn wir eine Zuverlässigkeit von 99,99 Prozent oder höher erreicht haben, könnte es uns gelingen, ein logisches Qubit zu erschaffen“, so Jay Gambetta von der Experimental Quantum Computing Group bei IBM Research. „Das wäre praktisch ein Qubit, das nicht verfällt.“