Zeitplan der Quantensuprematie: Googles 49-Qubit-Ziel und IBMs 50-Qubit-Antwort

Google setzte sich eine Frist. Bis Ende 2017 werde sein Team ein Gerät bauen, das Quantensuprematie erreiche, also eine Berechnung, die für jeden konventionellen Computer unerreichbar sei, sagte John Martinis. Der Beweis solle aus einem Wettkampf zwischen Googles Chip und einem der größten Supercomputer der Welt kommen, berichtete das MIT Technology Review am 21. April 2017.

Martinis leitet die Quantenforschungsgruppe von Google und ist weiterhin Professor an der University of California, Santa Barbara. Laut demselben Bericht stieß er Ende 2014 zu Google. „Wir glauben, dass wir bereit sind, dieses Experiment durchzuführen. Es ist etwas, das wir jetzt tun können“, sagte er.

Dieses Selbstvertrauen stützt sich auf einen Chip mit sechs Qubits, angeordnet zwei mal drei. Google hatte zuvor Ergebnisse von einem neun-Qubit-Chip veröffentlicht, der in einer Reihe angeordnet war. Martinis sagt jedoch, dass das Suprematie-Experiment ein Raster von 49 Qubits benötigt. Entwürfe für Geräte mit 30 bis 50 Qubits sind bereits in Arbeit. Der sechs-Qubit-Chip testet auch eine Fertigungsmethode, bei der Qubits und ihre konventionelle Steuerleitung auf separaten Chips hergestellt und später per Bump Bonding verbunden werden.

„Dieser Prozess funktioniert“, sagte Martinis. „Jetzt sind wir bereit, schnell voranzukommen.“

Martinis zeigte Bilder des Chips auf der IEEE TechIgnite-Konferenz in Burlingame, Kalifornien, aber seine Gruppe hatte die technischen Details noch nicht offiziell offengelegt, sagte das MIT Technology Review. Googles Team von etwa 25 Personen ist eine von mehreren kürzlich gegründeten oder ausgebauten industriellen Forschungsgruppen. Der Wettbewerb umfasst Intel, Microsoft, IBM und Start-ups.

Simon Gustavsson, Principal Investigator in einer Quantencomputing-Gruppe am MIT, sagte dem Magazin, Google sei einer der Leader. „Es ist ziemlich vergleichbar zwischen Google und IBM“, sagte er.

Chris Monroe, Professor an der University of Maryland und Mitgründer des Start-ups IonQ, war vorsichtiger hinsichtlich der Bedeutung dieses Meilensteins. „Es wird ein akademischer Meilenstein sein“, sagte er. „Danach muss man noch herausfinden, wie man es skalierbarer und programmierbarer macht.“ Martinis stimmt zu, dass noch viel zu tun ist, argumentiert aber, dass das Experiment ein Benchmark für alle sein könnte, die einen funktionierenden Quantencomputer behaupten.

IBM zog bei der Zahl zuerst. Am 10. November 2017 sagte das Unternehmen, seine Wissenschaftler hätten einen Prozessor-Prototyp mit 50 Qubits gebaut und gemessen, berichtete die Associated Press. Dario Gil, der die Abteilung für Quantencomputing und künstliche Intelligenzforschung bei IBM leitet, sagte, es sei das erste Mal, dass ein Unternehmen einen Quantencomputer in diesem Maßstab gebaut habe.

Seth Lloyd, Professor für Maschinenbau am MIT und nicht an IBMs Forschung beteiligt, sagte, IBM habe wahrscheinlich noch Fehler auszubügeln, nannte die 50-Qubit-Meldung aber ein Zeichen für erheblichen Fortschritt.

Ein Monat später verschob sich der Fokus von der Qubit-Zahl zur Qualität. „Pressemitteilungen sprechen immer über das Quanten-Rennen in der Anzahl der Qubits“, sagte Martinis auf der Q2B-Konferenz am NASA Ames, laut Gizmodo. „Es geht um Quantität und Qubit-Qualität, nicht nur um Quantität.“

Gizmodo berichtete am 8. Dezember 2017, dass Google sein 49- oder 50-Qubit-Suprematie-Gerät gerade fertigte und in zwei Wochen mit den Tests beginnen würde, abgesehen von Verzögerungen durch die Weihnachtsferien. Das Testproblem erfordert das Verschränken von Qubits, das System evolvieren zu lassen und dann Ergebnisse zu messen, deren Wahrscheinlichkeiten so komplex sind, dass eine klassische Maschine den Quantencomputer simulieren muss, um sie zu überprüfen. Eine solche Simulation könnte Wochen dauern, was der Quantencomputer in Minuten erledigt.

Nicht jeder betrachtet den Begriff als festgelegt. Dario Gil von IBM riet später davon ab, Quantensuprematie als Fortschrittsmaßstab zu verwenden. „Das Experiment und der Begriff ‚Suprematie‘ werden von fast allen missverstanden“, sagte er gegenüber Fortune und beschrieb es als ein Laborversuch ohne praktische Anwendungen. „Quantencomputer werden nie ‚suprem‘ über klassischen Computern herrschen, sondern werden vielmehr mit ihnen zusammenarbeiten, da jeder seine einzigartigen Stärken hat.“

Jim Clarke, Direktor für Quantenhardware bei Intel Labs, nannte Googles Update einen bemerkenswerten Meilenstein und sagte, ein kommerziell tragfähiger Quantencomputer würde viele Forschungs- und Entwicklungsfortschritte erfordern. „Während die Entwicklung noch bei Meile eins dieses Marathons ist, glauben wir stark an das Potenzial dieser Technologie“, sagte er.

Googles Papier, das von Fortune nach der Veröffentlichung auf NASA.gov und dem anschließenden Entfernen erhalten wurde, sagte, der Sycamore-Prozessor enthielt 53 Qubits, zurückgescaled von einem 72-Qubit-Gerät namens Bristlecone. Die Forscher schrieben, dass ihr Prozessor etwa 200 Sekunden brauchte, um eine Instanz eines Quantenkreuits 1.000.000 Mal zu sampeln, während ein state-of-the-art-Supercomputer ungefähr 10.000 Jahre für die äquivalente Aufgabe bräuchte.

Ein Google-Sprecher lehnte es ab, die Echtheit des Papiers zu bestätigen, und NASA reagierte nicht sofort auf eine Kommentarbitte. Eine Google-Quelle schlug vor, dass NASA es vor der Peer Review veröffentlicht hatte. Für alle Behauptungen beschreibt die eigene Sprache des Feldes, die NISQ-Ära der verrauschten, intermediären Quantencomputer, wie von Caltechs John Preskill beschrieben, immer noch die Hardware auf dem Tisch.