Quantenprozessoren Auszeichnung von Google

Um zu kontrollieren, ob Prozessoren richtig laufen, setzen ihre Entwickler meist auf Verfahren, mit denen sie sämtliche Rechenoperationen des Computers durchspielen, dabei Fehler aufdecken und beheben können. Auch bei künftigen Quantencomputern muss im Vorfeld getestet werden, ob ihre Prozessoren störungsfrei arbeiten können. Solch ein theoretisches Modell entwickeln nun Saarbrücker Physiker um Professor Frank Wilhelm-Mauch und Tobias Chasseur.

„Ein Quantencomputer ist allerdings viel leistungsfähiger als herkömmliche Rechner. Ein Testverfahren könnte somit viel aufwändiger sein“, sagt Frank Wilhelm-Mauch, Professor für Quanten- und Festkörpertheorie an der Universität des Saarlandes. So können die Bits bei den gängigen Computern die Zustände 0 oder 1 besitzen. Anders verhält es sich jedoch bei der Quantentechnologie: Sie beruht auf dem Prinzip, dass ein Teilchen – wie ein Atom, Elektron oder Lichtteilchen – gleichzeitig zwei Zustände einnehmen kann. Hierbei spricht man auch von Überlagerungszuständen. In der Quantenwelt können die Zustände 0 und 1 gleichzeitig vorhanden sein. Solche Quantenbits oder Qubits sind die Grundlage eines Quantencomputers. Eine Rechenoperation kann nun auf beiden Anteilen des Überlagerungszustandes (0 und 1) gleichzeitig oder parallel stattfinden. „Schon ein Quantencomputer mit nur 32 Bit entspricht einem klassischen Computer mit einem Mehrfachen von 2 hoch 32 Bit“, sagt Tobias Chasseur.

„Um sämtliche Rechenoperationen der Quantenprozessoren einzeln zu testen, bräuchte man wiederum einen Quantencomputer“, erklärt der Professor weiter. Für ihr Modell setzen die Forscher daher auf ein erprobtes Verfahren aus der angewandten Mathematik, bei der sich Rechenleistungen ermitteln und vergleichen lassen. „Viele Messungen können dabei durch einige wenige ersetzt werden“, so Chasseur. „Der Aufwand ist hierbei ähnlich groß wie bei einem kleinen klassischen Prozessor.“

Der Internetkonzern Google unterstützt den Saarbrücker Nachwuchswissenschaftler bei dieser Arbeit für ein Jahr mit 32.000 US-Dollar. Chasseur wird das Modell anschließend im Quantenrechner-Labor von Professor John Martinis in Kalifornien in der Praxis testen. Martinis und sein Team sind dabei, einen schon bald nutzbaren Quantencomputer zu entwickeln. Dieser könnte die Rechenleistung um ein Vielfaches übersteigen und in Sekundenschnelle Milliarden von Rechenschritten durchführen. Martinis arbeitet mittlerweile für Google. Zuvor hat der Physiker an der University of California Santa Barbara an der Quantentechnologie geforscht.