Mehrere Unternehmen entwickeln Quantencomputer

Zwar ruhen derzeit viele Hoffnungen auf extrem tiefgekühlten supraleitenden Komponenten, deren Quantenzustände sich mit Mikrowellen koppeln lassen. Aber für die Informationsübertragung über größere Strecken eignen sich Mikrowellen nicht: Denn erstens müsste sich der gesamte Kabelstrang bei Temperaturen minimal über dem absoluten Nullpunkt befinden, da sonst Wärmestrahlungs-Mikrowellen-Photonen jedes Signal völlig überlagern. Und zweitens sind die Verluste von Mikrowellen auch in kalten Leitern über längere Strecken zu hoch. Eine Lösung für dieses Problem liegt derzeit noch nicht auf dem Tisch.

Eine andere Möglichkeit ist es deshalb, mit atomaren Qubits - also einzelnen Atomen oder Ionen in magnetischen Fallen - zu arbeiten, da diese direkt an optische Qubits ankoppeln. Die atomaren Qubits sorgen dann für die Berechnungen, die optischen für die Datenübertragung. An solchen Systemen arbeiten etwa Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik.

Iqoqi beschäftigt sich mit diversen Quantentechnologien

In Österreich bündelt das Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (Iqoqi) unter dem Dach der Österreichischen Akademie der Wissenschaften die Forschungsaktivitäten. Diese Einrichtung mit den Standorten Wien und Innsbruck deckt das Gebiet in großer Breite ab und zielt nicht nur auf Quantencomputing, sondern auf eine ganze Reihe von Quantentechnologien - von der Quantenmesstechnik bis zur Quantensimulation. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass viele dieser Anwendungen weit eher Einfluss auf unsere Wirtschaft und Gesellschaft zeigen werden als die eigentlichen Quantencomputer.

Aber auch auf Seiten der Privatwirtschaft ist derzeit viel in Bewegung. Die kanadische Firma D-Wave hat den weltweit ersten kommerziell vermarkteten Quantencomputer auf den Markt gebracht. Liefen die ersten Modelle noch mit 128 und 512 Qubits, so nutzen die letzte und die aktuelle Version bereits 1.000 und 2.000 Qubits.

D-Wave kooperiert mit VW

Allerdings handelt es sich bei diesen Maschinen nicht um universelle Quantencomputer, sondern um sogenannte Quanten-Annealer, die sich nicht beliebig adressieren lassen, sondern nur für sehr begrenzte Gebiete einsetzbar sind. Solche im Vergleich zu universellen Quantencomputern einfacher zu konstruierenden Geräte eignen sich jedoch gut für bestimmte Optimierungsprobleme. So will D-Wave gemeinsam mit Volkswagen Verkehrsanalysen mit der neuen Maschine durchführen. So ließen sich etwa die besten Routen von Taxis in Peking berechnen.

Google hat kürzlich zusammen mit D-Wave, der US-Raumfahrtbehörde Nasa und der amerikanischen Universities Space Research Association (USRA) eine Partnerschaft zur Erforschung der Möglichkeiten von Quantencomputing geschlossen. Dabei verfolgt Google die Doppelstrategie, sowohl Quanten-Optimierungsmaschinen als auch universelle Quantencomputer zu untersuchen.

IBM bietet Plattform für Quantencomputing

Auch IBM will da nicht hinten anstehen. Das Unternehmen hat mit IBM Q eine firmeneigene Initiative gestartet, die einen universellen Quantencomputer zum Ziel hat. Eine solche Maschine mit rund 10.000 bis 100.000 Qubits wäre ein revolutionäres Werkzeug, weil man damit Rechnungen durchführen könnte, die herkömmliche Computer scheitern lassen.

Der Weg hin zu einer solchen Maschine ist allerdings weit: Heutige Systeme arbeiten mit ungefähr einem Dutzend Qubits. Die Wissenschaftler bei IBM Q hoffen, diesen Wert innerhalb des kommenden Jahrzehnts auf 50 bis 100 Qubits hochschrauben zu können. Bereits heute gibt es mit IBM Quantum Experience eine Cloud-basierte Rechenplattform, auf der auch externe Nutzer Algorithmen und Experimente auf einem Quantenprozessor durchführen können.

Mit lediglich fünf Qubits sind diese Anwendungen noch auf eher grundsätzliche Fragen beschränkt. Aber rund 40.000 Nutzer aus über 100 Ländern haben diese Dienste bereits in Anspruch genommen - und sogar mehrere Artikel in Fachzeitschriften anhand dieser Ergebnisse veröffentlicht.