Amazon ist das dritte große Technologieunternehmen innerhalb weniger Monate, das einen Durchbruch im Quantencomputing verkündet. Diese Technologie verspricht enorme Rechenleistung, kämpft jedoch mit erheblichen technischen Herausforderungen.
Das Unternehmen hat Ocelot vorgestellt – einen Prototyp-Chip, der auf der „Katzen-Qubit“-Technologie basiert. Dieser Ansatz leitet seinen Namen aus dem berühmten Gedankenexperiment „Schrödingers Katze“ ab.
Der Chip soll eines der größten Probleme bei der Entwicklung von Quantencomputern lösen: die fehlerfreie Berechnung.
Amazon betont, dass diese Errungenschaft zusammen mit anderen jüngsten Fortschritten die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass nützliche Quantencomputer früher als erwartet Realität werden.
Experten sind sich jedoch uneinig, wie schnell diese Maschinen für kommerzielle Anwendungen tatsächlich nutzbar sein werden.
Oskar Painter vom Amazon Web Services (AWS) Center for Quantum Computing am California Institute of Technology, wo die Forschung durchgeführt wurde, hält ein ehrgeiziges Ziel von zehn Jahren für realistisch.
„Vor fünf Jahren hätte ich vielleicht noch 20 oder 30 Jahre gesagt“, erklärte er, fügte jedoch hinzu: „Der Zeitplan hat sich deutlich verkürzt.“
AWS plant, Quantencomputing-Dienste für Kunden anzubieten. Zudem könnte diese Technologie Amazons globale Logistik optimieren.
„Ein Unternehmen wie Amazon kann schon mit einer Verbesserung von nur einem Prozent erhebliche Einsparungen erzielen. Quantencomputer könnten dies effizienter und in Echtzeit ermöglichen – das ist ihr großer Vorteil“, erklärte Painter.
Was ist ein Katzen-Qubit?
Quantencomputer nutzen die ungewöhnlichen Eigenschaften von Materie und Energie im kleinsten Maßstab. Diese Eigenschaften werden durch die Quantenphysik beschrieben.
Diese Computer werden klassische Rechner nicht ersetzen, könnten aber Probleme lösen, die für selbst die leistungsstärksten herkömmlichen Systeme unüberwindbar sind. Mögliche Anwendungen reichen von besseren Batterien bis zu neuen Medikamenten.
Der größte Hinderungsgrund für diese Technologie sind jedoch Fehler.
Quantencomputer reagieren äußerst empfindlich auf Umwelteinflüsse wie Vibrationen, Wärme, elektromagnetische Störungen oder sogar kosmische Strahlung. All diese Faktoren können zu Fehlern führen, die aufwendig korrigiert werden müssen.
Katzen-Qubits sind eine Lösung für dieses Problem, da sie eine integrierte Fehlerresistenz aufweisen.
Qubits sind die grundlegenden Bausteine eines Quantencomputers, vergleichbar mit Bits in klassischen Computern.
Der Name „Katzen-Qubit“ geht auf Erwin Schrödinger zurück, dessen Gedankenexperiment aus dem Jahr 1935 zentrale Aspekte der Quantenmechanik veranschaulichte.
Amazon geht davon aus, dass der neue Chip, der fünf Katzen-Qubits und insgesamt 14 Schlüsselkomponenten enthält, die Kosten für Fehlerkorrekturen um bis zu 90 % senken könnte.
Die Technologie der Katzen-Qubits ist nicht exklusiv für Amazon. Das französische Unternehmen Alice & Bob hat bahnbrechende Arbeit auf diesem Gebiet geleistet und entwickelt die Technik weiter.
Mazyar Mirrahimi, Forschungsdirektor am französischen Institut Inria, bezeichnete Ocelot als „einen bedeutenden Schritt in Richtung hardwareeffizienter fehlertoleranter Quantenberechnungen“.
Amazon ist überzeugt, dass der neue Chip den Weg zu leistungsfähigeren Maschinen ebnen kann. Dennoch räumen die Forscher ein, dass noch viele Herausforderungen bestehen.
Michael Cuthbert, Direktor des britischen National Quantum Computing Centre, begrüßt den Fortschritt, warnt aber davor, dass die Auswirkungen auf die Geschwindigkeit der technologischen Entwicklung noch unklar sind.
„Fehlerkorrektur ist ein entscheidender Schritt für die langfristige Entwicklung des Quantencomputings. Sie ist die Voraussetzung, um diese Technologie in ein praktisches und kommerziell nutzbares Werkzeug zu verwandeln. Anwendungen reichen von Chemie und Materialwissenschaft über Medizin und Logistik bis hin zur Energiebranche“, erklärte er.
„Eine der größten Herausforderungen bleibt die effiziente Skalierung. Lösungen, die Fehlerkorrektur ermöglichen, ohne den Chip erheblich zu vergrößern oder den Energieverbrauch stark zu steigern, sind besonders wertvoll.“
Amazons Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Wirklicher Fortschritt oder geschicktes Marketing?
Amazon reiht sich mit Microsoft und Google in die Liste der Unternehmen ein, die kürzlich neue experimentelle Quantenchips angekündigt haben. Doch ist dieser Ankündigungsboom reiner Zufall, das Ergebnis geschickten Marketings oder tatsächlicher Forschungserfolge?
Heather West, Forschungsleiterin bei der International Data Corporation, beobachtet die Quantencomputing-Branche genau. Sie wurde von Amazon vor der Veröffentlichung über den neuen Chip informiert.
Sie bezeichnet Amazons Entwicklung als einen „Fortschritt“, aber keinen revolutionären Durchbruch.
Alle drei jüngsten Ankündigungen konzentrieren sich auf die Reduzierung von Fehlern. Laut West verlagert sich der Fokus der Branche von der reinen Anzahl der Qubits hin zur Fähigkeit, diese Systeme in der Praxis für reale Probleme einzusetzen.
„Die Branche dreht sich nun darum, wie diese Systeme in größerem Maßstab tatsächlich genutzt werden können. Dazu müssen wir das Problem der Fehlerkorrektur innerhalb der Quantensysteme lösen“, erklärte sie.
Auch Painter stimmt dem zu: „Es wird alles andere als einfach sein, das heutige experimentelle System auf eine größere Skala zu bringen.“
