Was ist Quantenüberlegenheit? Die Zukunft von Quantencomputern hängt davon ab

Forscher auf der ganzen Welt liefern sich einen Wettlauf um den Bau eines Quantencomputers, der zu Berechnungen fähig ist, von denen aktuelle Maschinen nur träumen können – und sie kommen näher. Dieses Ziel ist die Quantenüberlegenheit. Hier ist, was es bedeutet und wie lange wir auf den Beginn des Quantenzeitalters der Computer warten müssen. (Tipp:eine lange Zeit.)

Was ist Quantenüberlegenheit?

Es gibt nicht viel Einfaches an Quantencomputern. Sie funktionieren über verblüffende Qubits, die Bits entsprechen, aber anstatt nur eine Ein- oder Aus-Position zu haben, wie es unsere binären Versionen tun, kann ein Quantenbit (Qubit) entweder Aus, Ein oder beides sein (sogenannte Superposition). In Kombination mit der Idee der Verschränkung – Qubits interagieren miteinander – bedeutet dies, dass der Unterschied in der Rechenleistung zwischen einem Zwei-Bit-Computer und einem Zwei-Qubit-Quantencomputer exponentiell ist.

Sie haben die Vorherrschaft noch nicht erwähnt

Wir sind dabei. Forscher versuchen, Quantencomputer mit einer ausreichenden Anzahl von Qubits zu bauen, um die Quantenüberlegenheit zu erreichen. Dann können Quantenmaschinen Berechnungen anstellen, die vorhandene Computer nicht verarbeiten können, was eher der Punkt ist – wenn wir nur das tun wollten, was wir jetzt tun können, wäre das nicht besonders aufregend. Zu diesen derzeit unkalkulierbaren Berechnungen gehört das Knacken des Shor-Algorithmus, der die Grundlage vieler moderner Kryptografien bildet. Wenn Forscher es schaffen, eine Maschine mit genügend Qubits zu bauen, wird die Kryptografie fallen und wir werden in ein Zeitalter von Computern mit unglaublichen Fähigkeiten eintreten.

Wie weit ist das weg?

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Fundierte Vermutungen deuten darauf hin, dass das Knacken von Kryptografie ein 100-Millionen-Qubit-System erfordern wird, oder das ist die neueste Vorhersage aus einem Artikel in Nature von Forschern des Quantum AI Laboratory von Google. Es wird jedoch erwartet, dass das Erreichen der Quantenüberlegenheit – das Übertreffen bestehender Maschinen – um die viel bescheidenere 50-Qubit-Marke herum erreicht wird.

Um es klar zu sagen, das ist nicht der Punkt, an dem Quantum Ihren Desktop-PC überholt, sondern wenn es den allerbesten Computer übertrifft, den wir bauen können. The fifth fastest supercomputer in the world is Berkeley Lab’s Cori, which earlier this year was used to simulate a 45-qubit machine. Beyond 50-qubits, not even supercomputers will be able to keep up.

And how many qubits are we at now?

Last summer at the 4th International Conference on Quantum Technologies, Google announced that it’s working on a 49-qubit machine, although its dramatic announcement was undercut by a team from Harvard University claiming it had successfully made a 51-qubit machine. If those claims are true — they’ve yet to be peer reviewed — we’ve potentially hit quantum supremacy, but we’re still a long way off the full potential of quantum computing.

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Why are so many qubits needed?

In classical computers, it’s easy to check for errors. Quantum computers work in such a wacky way that error checking requires a lot of excess processing power to validate the answer. Researchers are working on building quantum machines that don’t bother with error checking, and they may be the first to arrive, but will have more limited use cases.

And when will this all happen?

We’re in the early days of quantum computing. Google’s 49-qubit machine hasn’t even been made yet:it’s merely crowing about the design, which has been tested on a nine-by-one circuit rather than the described seven-by-seven. That said, those same Google researchers predict companies will start seeing returns on their investment into quantum within five years. We won’t have perfectly working quantum computing, but some of the ideas and processing boosts that the research leads to may well be useful before quantum supremacy truly arrives.