Google Willow: Quantenchip verkürzt Be­rech­nung von 10 Qua­dril­li­on­en Jahren auf 5 Minuten

Google hat einen neuesten Quantenchip „Willow” mit 105 supraleitenden Qubits vorgestellt. Der neue Chip wird bereits als Durchbruch des Quantencomputings gefeiert, soll er doch zwei bedeutende Neuerungen bieten, die seit Jahren zentrale Probleme in diesem Bereich darstellen.

Willow bietet wirksame Quantenfehlerkorrektur

Die erste bedeutende Neuerung besteht darin, dass Willow mit den Qubits zum ersten Mal überhaupt Fehler exponentiell reduzieren und gleichzeitig mit mehr Qubits skalieren kann. Dies löst eine zentrale Herausforderung bei der Quantenfehlerkorrektur, an der das Feld seit fast 30 Jahren arbeitet, da während der Berechnung auf Quantencomputern Fehler entstehen, die korrigiert werden müssen. Geschieht dies nicht, sind die Ergebnisse eines Quantencomputers mitunter völlig unbrauchbar. Erst die wirksame Quantenfehlerkorrektur macht die Entwicklung von praktisch einsetzbaren, leistungsfähigen Quantencomputern möglich.

Um Fehler zu korrigieren, werden bei Willow 17, 49 oder 97 physische Qubits zu einer Recheneinheit, dem logischen Qubit, so dass sich Fehler eines einzelnen Qubits nicht auswirken sollen. Je mehr Qubits für die Quantenfehlerkorrektur eingesetzt werden, desto niedriger die Fehlerrate – zumindest mit Willow, denn bisher galt dieser logisch erscheinende Aspekt bei Quantencomputern nicht.

10²⁵ Jahre auf 5 Minuten verkürzt

Die zweite Neuerung liegt in seiner Leistungsfähigkeit. Denn Willow führt eine Standard-Benchmark-Berechnung in weniger als fünf Minuten durch, die mit einem der schnellsten Supercomputer der Welt, dem Frontier des Oak Ridge National Laboratory in den USA, 10 Quadrillionen – also 10²⁵ – Jahre dauern würde – eine Zahl, die das Alter des bekannten Universums bei weitem übersteigt. Zum Testzeitpunkt war Frontier der schnellste Supercomputer der Welt, er wurde erst Mitte November von El Capitan vom Lawrence Livermore National Laboratory übertroffen.

Das Ziel sind alltagstaugliche Quantencomputer

Seit der Gründung von Google Quantum AI im Jahr 2012 als Teil von Google Research arbeitet das Team daran, einen praktisch nutzbaren Quantencomputer zu bauen, der die Quantenmechanik – das „Betriebssystem“ der Natur, soweit bekannt – verwendet, um wissenschaftliche Entdeckungen zu fördern und Berechnungen etwa im Bereich der Medizin erheblich zu beschleunigen, was völlig neue Heilmittel möglich machen könnte.

Willow wurde für diesen Zweck in Googles neuer, hochmoderner Fertigungsanlage in Santa Barbara hergestellt – eine von nur wenigen Anlagen weltweit, die speziell für diesen Zweck gebaut wurden. Die Ankündigung von Willow erfolgt fünf Jahre nach der Veröffentlichung der Sycamore-Chips von Google.

Wer tiefer in die Materie einsteigen möchte, findet zahlreiche weitere Details im Blogpost von Google.