Viele digitale Dienstleistungen des Suchmaschinenriesen Google basieren auf künstlicher Intelligenz (KI). Einen wichtigen Schritt in der Entwicklung autonom lernender KI stellen sogenannte „harte Optimierungsaufgaben“ dar, bei denen Computer die optimale Lösung für ein komplexes Problem finden sollen. Doch je komplexer das Problem, desto langwieriger die Lösungsfindung. Ab einer gewissen Komplexität ist es für einen normalen PC sogar fast unmöglich, die optimale oder auch nur eine sehr gute Lösung in einer brauchbaren Rechenzeit auszugeben.
DruckansichtUm harte Optimierungsaufgaben effektiver angehen zu können, wurden adiabatische Quantencomputer entwickelt, die mithilfe der Quantenphysik schneller rechnen sollen als herkömmliche Geräte. Im Google-Quantencomputer „D-Wave“ sorgt ein speziell designter Chip mit rund 1.000 Quantenbits (Qubits) für diese enorme Leistungssteigerung. Qubits sind Supraleiterschleifen, die den Strom links oder rechts herum fließen lassen können. Dies entspricht den 0- und 1-Zuständen der binären Codierung. An ein Qubit lässt sich zusätzlich ein Magnetfeld anlegen, das mit dem Magnetfeld des fließenden Stroms interagiert. Damit entsteht eine dreidimensionale „Energielandschaft“ auf dem Chip.
Während normale Computer diese Umgebung sequentiell abtasten müssen, um die optimale Lösung zu finden, nutzt Googles Quantencomputer den sogenannten Tunneleffekt der Quantenphysik aus. Dieser erlaubt es den Teilchen, auf die andere Seite einer Energiebarriere zu gelangen, ohne sie zu überwinden – die Teilchen nehmen eine Art Abkürzung. Darum – soweit die Theorie – müsste diese Art Quantencomputer einen enormen Zeitvorteil bei der Lösungsfindung haben.
Dem Physiker Hartmut Neven, wissenschaftlicher Leiter der Quantencomputertests bei Google, ist es nun erstmals gelungen, diese Annahme experimentell nachzuweisen: In einer besonders rauen Energielandschaft fand Googles Quantencomputer die geforderte Lösung 100 Millionen Mal schneller als ein herkömmlicher PC, auf dem die Arbeitsweise eines adiabatischen Quantencomputers simuliert wurde.
Der letzte Durchbruch auf dem Weg zum Wundercomputer ist das freilich noch nicht. Denn zum einen bezieht sich der Geschwindigkeitsvorteil nur auf die Simulation, nicht auf den PC selbst. Zum anderen lässt sich nicht sagen, ob ein Chip mit 2.000 oder 3.000 Qubits diesen Vorteil ebenso nutzen kann. Und auch Hartmut Neven gibt zu, dass das Ergebnis noch keine große Bedeutung für die Praxis hat. Dennoch ist es ein vielversprechender Schritt hin zum Supercomputer und ein Grundstein für künftige Quantencomputergenerationen mit verbesserter Hardware.
Quelle: Heise.de, 12.12.2015, http://bit.ly/GN-qubit
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