Quantencomputer versprechen gesellschaftsverändernde Durchbrüche bei der Arzneimittelentwicklung und der Bekämpfung des Klimawandels, und in einer unscheinbaren englischen Hauptstraße nimmt das Rennen um die Entfesselung der neuesten Technologierevolution an Fahrt auf.
Steve Brierley, Gründer des in Cambridge ansässigen Unternehmens Riverlane, prognostiziert, dass die Technologie innerhalb weniger Jahre ihren „Sputnik“-Durchbruch erleben werde.
„Quantencomputing wird nicht nur geringfügig besser sein als die bisherigen Computer, es wird ein gewaltiger Schritt nach vorne sein“, sagte er.
Sein Unternehmen produziert den weltweit ersten dedizierten Quanten-Decoder-Chip, der die Fehler erkennt und korrigiert, die die Technologie derzeit behindern.
Der Bau von Geräten, „die den unglaublichen Versprechen dieser Technologie gerecht werden, erfordert gewaltige Veränderungen in Größe und Zuverlässigkeit, und dazu sind zuverlässige Fehlerkorrektursysteme nötig“, erklärt John Martinis, ehemaliger Leiter für Quantencomputing bei Google Quantum AI.
Als Zeichen des Vertrauens in die Arbeit von Riverlane und in die Branche im Allgemeinen gab das Unternehmen am Dienstag bekannt, dass es in der Finanzierungsrunde der Serie C, in der Regel die letzte Risikokapitalfinanzierungsrunde vor einem Börsengang, 75 Millionen US-Dollar aufgebracht habe.
„In den nächsten zwei bis drei Jahren werden wir Systeme entwickeln, die eine Million fehlerfreie Operationen unterstützen können“, sagte Earl Campbell, Vizepräsident für Quantenwissenschaft bei Riverlane.
Dies sei die Schwelle, ab der ein Quantencomputer bestimmte Aufgaben besser erfüllen können sollte als herkömmliche Computer, fügte er hinzu.
Quantencomputer seien „wirklich gut darin, andere Quantensysteme zu simulieren“, erklärte Brierley. Das heißt, sie könnten Wechselwirkungen zwischen Teilchen, Atomen und Molekülen simulieren.
Dies könnte die Tür zu revolutionären Medikamenten öffnen und verspricht zudem enorme Effizienzsteigerungen bei der Herstellung von Düngemitteln. Damit würde eine Branche transformiert, die heute rund zwei Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verursacht.
Darüber hinaus ebnet es den Weg für wesentlich effizientere Batterien, eine weitere entscheidende Waffe im Kampf gegen den Klimawandel.
„Exquisite Kontrolle“
Die Menge an Informationen, die Quantencomputer verarbeiten können, steigt im Vergleich zu herkömmlichen Computern exponentiell an, wenn die Maschine vergrößert wird.
„Ich denke, die meisten Menschen sind mit der exponentiellen Ausbreitung nach COVID vertrauter, daher wissen wir, wie schnell sich etwas Exponentielles ausbreiten kann“, sagte Campbell im Testlabor von Riverlane, einer Höhle aus Oszilloskopen und Spanplatten.
In herkömmlichen Computern werden Daten in Bits gespeichert und jedes Bit kann den Wert 0 oder 1 annehmen, ähnlich wie ein Lichtschalter „an“ oder „aus“ sein kann.
Ein Bit kann daher zwei Zustände darstellen, beispielsweise schwarz oder weiß.
Quantenbits oder „Qubits“ ähneln eher Dimmerschaltern, und einer von ihnen kann alle Werte zwischen 0 und 1 speichern, was bedeutet, dass alle Farben des Spektrums auf einem Qubit dargestellt werden können.
Doch die Sache hat einen Haken. Das eigenartige Verhalten der Quanten führt dazu, dass die Werte viele Male gelesen und von komplexen Algorithmen verarbeitet werden müssen, was eine „exquisite Kontrolle“ der Qubits erfordert.
Die Qubits sind außerdem höchst anfällig für durch Rauschen verursachte Fehler, und die Lösung dieses Problems sei der „Schlüssel zur Erschließung nützlicher Quantencomputer“, so Brierley.
Technologiegiganten wie Google, IBM, Microsoft und Amazon investieren enorme Summen in die Erzeugung von Qubits und in den Versuch, Fehler zu reduzieren, entweder durch Abschirmung der Hardware oder durch die Kombination von Qubits und den anschließenden Einsatz von Algorithmen zur Erkennung und Korrektur von Fehlern.
„Super aufregend“
„Dies ähnelt der Funktionsweise einer SSD-Karte (Speicherkarte). Sie besteht aus fehlerhaften Komponenten mit einer aktiven Fehlerkorrektur darüber“, sagte Brierley.
Dadurch erhöht sich die Anzahl der erforderlichen Komponenten und der Zeitaufwand für die Ausführung einzelner Vorgänge.
„Wir werden definitiv keine Quantencomputer zum Versenden von E-Mails verwenden“, erklärte Brierley.
Diese Nachteile nehmen mit der Größe des Computers stetig zu, während die Vorteile nach oben hin zunehmen. Dies erklärt, warum sie bei größeren und komplexeren Aufgaben besser geeignet sind.
„Und das bedeutet, dass wir Probleme lösen können, die sonst unlösbar wären“, sagte Brierley.
Während heutige Quantencomputer nur etwa 1.000 Operationen ausführen können, bevor sie von Fehlern überwältigt werden, ist die Qualität der tatsächlichen Komponenten „so weit gekommen, dass die physischen Qubits gut genug sind“, sagte Brierley.
„Das ist also eine superspannende Zeit. Die Herausforderung besteht jetzt darin, zu skalieren … und Fehlerkorrekturen in die Systeme einzubauen“, fügte er hinzu.
Solche Fortschritte sowie das Potenzial des Quantencomputings, die gesamte bestehende Kryptografie zu knacken und wirksame neue Materialien zu schaffen, zwingen die Regulierungsbehörden zum Handeln.
„Es herrscht definitiv ein Kampf darum, zu verstehen, was als nächstes in der Technologie kommt. Es ist wirklich wichtig, dass wir aus der KI lernen, um nicht von der Technologie überrascht zu werden und frühzeitig darüber nachzudenken, was ihre Auswirkungen sein werden“, sagte Brierley.
„Ich denke, dass es letztlich Regulierungen für Quantencomputer geben wird, weil es eine so wichtige Technologie ist. Und ich denke, dass es sich hierbei um eine Technologie handelt, bei der keine Regierung an zweiter Stelle stehen möchte.“
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