So bauen Sie einen Quantencomputer:Ingenieure enthüllen Bauplan für einen PC der nächsten Generation

Quantencomputer sind theoretisch bewiesen – jetzt geht es ans Bauen. Das ist die Idee hinter den Bemühungen der University of Sussex, einen Entwurf für die Konstruktion einer Maschine zu erstellen.

Durch die Nutzung von Quantenzuständen werden diese Computer um viele Größenordnungen leistungsfähiger sein leistungsstärker als bestehende binäre Maschinen, wenn es darum geht, bestimmte Probleme zu lösen. Ein solcher Allzweck-Quantencomputer muss jedoch noch gebaut werden. Winfried Hensinger, Professor für Quantentechnologien an der Universität, will das ändern und zeigt einen Bauplan, der mit bestehenden Komponenten erstellt werden könnte und einen praktischen Ansatz für ein akademisches Problem bietet.

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Wir haben mit Hensinger gesprochen, um herauszufinden, warum es an der Zeit ist, sich mit Quantencomputern vertraut zu machen und wann mit der ersten Maschine zu rechnen ist.

Warum ist ein Blueprint ein Durchbruch?

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Quantencomputing ist vor allem im Bereich der akademischen Forschung angesiedelt, wo man sich bestimmte Effekte ansieht oder ein Prinzip beweist. Der Grund, warum sich die Leute nicht wirklich mit dem Engineering befasst haben, ist, dass es sehr schwierig ist, einen Quantencomputer zu bauen.

Anstatt zu fragen, ob es möglich ist, oder andere Effekte zu untersuchen oder ein weiteres Proof-of-Principle-Experiment durchzuführen, versuchen wir, die Frage zu stellen:„Wie würden Sie tatsächlich vorgehen, um ein Gerät zu konstruieren?“ Wir wollen alle Komponenten verstehen:Dinge wie den Energieverbrauch, was wäre die erforderliche Fehlerquote und was wären die technischen Details, wenn wir ein Gerät bauen würden?

Wie funktioniert das Design?

Ein wichtiger Teil dieses Designs ist, dass es vollständig modular ist. Die Größe hängt von der gewünschten Rechenleistung ab. Bestimmte Probleme würden also eine ziemlich kleine Maschine erfordern, während andere Probleme eine große Maschine erfordern würden.

Ein normaler Computer hat einen einzigen Prozessor, aber er ist nicht in der Lage, viele Dinge zu tun. Für größere Aufgaben haben Sie einen Supercomputer, auf dem viele Prozessoren parallel arbeiten. Aber Sie würden niemanden haben, der dafür einen riesigen Prozessor baut … in den Fertigungsstätten oder Einrichtungen, in denen Intel Prozessoren herstellt, ist die Größe dessen, was Maschinen verarbeiten können, begrenzt.

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Das gilt auch für einen Quantencomputer. Sie haben einen Quantencomputerkern, aber Sie können ihn nur so groß herstellen. Sie werden durch die größte Wafergröße begrenzt, die eine Maschine verarbeiten kann. Um einen Quantencomputer zu bauen, der für jedes Problem geeignet ist, müssen Sie ihn für uns also unbedingt modular aufbauen, d.h. Sie können die Anzahl der Module nach Ihren Bedürfnissen wählen.

Es gab modulare Designs für Quantencomputer, aber sie verwendeten photonische Verbindungen – Glasfasertechnologie. Wir haben eine neue Art und Weise erfunden, Module zu verbinden, und zwar durch elektrische Felder… dies ist eine der Möglichkeiten, wie unser Ansatz viel einfacher ist als alle früheren Architekturen.

Könnten Menschen diese Blaupausen nehmen und ihren eigenen Computer bauen?

Die Idee ist, dies zu teilen, um die Technologie schneller voranzubringen und Quantencomputer früher einzuführen. Wir werden einen Prototypen und eine Großmaschine bauen, aber wir wollen, dass andere das auch tun.

Wie lange dauert der Bau?

Es ist nicht so, dass wir nur ein einziges Unternehmen haben und ein Gerät in einem Jahr bauen können – das ist ein riesiges Projekt. Wir werden Hilfe brauchen, insbesondere beim Bau von Maschinen, die diese ganze Reihe von Problemen angehen können – es kann eine größere Maschine sein, die ein Haus füllt. Sie können sich vorstellen, dass wir viele talentierte Ingenieure brauchen, um es zu bauen.

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An der University of Sussex bauen wir ein kleines Prototypgerät, das aus zwei Modulen besteht und einen Raum, aber kein Gebäude füllt – es wird also ein ziemlich kleiner Prototyp sein. Gleichzeitig suchen wir Partner für den Bau einer Großmaschine. Wir gehen davon aus, dass es vielleicht zehn Jahre dauern wird, bis es vollständig konstruiert und ausgetestet ist.