Google hat seinen neuen Quantenchip Willow vorgestellt, der bedeutende Fortschritte in der Quantenfehlerkorrektur und Rechenleistung demonstriert. Dieser Chip löst damit Probleme, über die sich Forscher seit Jahrzehnten den Kopf zerbrechen.
Googles Quantensprung: Willow-Chip bricht Rekorde
Quantencomputer basieren auf den Prinzipien der Quantenmechanik und nutzen Qubits als Recheneinheiten. Jedoch stellt die Fehleranfälligkeit dieser Qubits eine große Herausforderung dar. Diese Fehler treten auf, wenn Qubits mit ihrer Umgebung interagieren, wodurch die zu verarbeitenden Informationen verloren gehen. Seit der Einführung der Quantenfehlerkorrektur durch Peter Shor im Jahr 1995 war die Reduktion dieser Fehler ein zentrales Problem, das das Forschungsfeld über 30 Jahre hinweg beschäftigte.
Google stellt jetzt seinen neuen Chip “Willow” vor, der dieses Problem mit einer exponentiellen Reduktion der Fehlerquote gelöst haben soll. Wie der Konzern in einem ausführlichen Blogpost schreibt, wird bei diesem Chip die Fehlerrate halbiert, je mehr Qubits in einem Gitter (von 3×3 über 5×5 bis zu 7×7 Qubits) verwendet werden. Diese Fähigkeit, Fehler bei steigender Qubit-Zahl zu korrigieren, ist entscheidend für die Entwicklung großer, nützlicher Quantencomputer.
Google stellt den neue Quanten-Chip Willow vor
Die Leistungsfähigkeit von Willow wurde durch den sogenannten Random Circuit Sampling (RCS) Benchmark unter Beweis gestellt. Der Chip konnte eine Berechnung in weniger als fünf Minuten durchführen, die auf einem der leistungsfähigsten Supercomputer der Welt 10 Septillionen Jahre benötigen würde. Hartmut Neven, Gründer von Google Quantum AI, erklärt: “Wir haben eine exponentielle Verringerung der Fehlerrate erreicht. Diese historische Leistung ist in der Fachwelt als “below threshold” bekannt – als Fähigkeit, die Fehlerrate zu senken, während die Anzahl der Qubits erhöht wird.”
Die zwei großen Fortschritte, die Googles Willow-Chip macht:
- Willow kann Fehler exponentiell reduzieren, wenn mehr Qubits verwendet werden. Damit wird ein zentrales Problem der Quantenfehlerkorrektur gelöst, mit dem sich die Wissenschaft seit fast 30 Jahren befasst.
- Willow führte eine Standard-Benchmark-Berechnung in weniger als fünf Minuten durch, für die einer der schnellsten Supercomputer von heute 10 Septillionen Jahre benötigen würde
Neue Ära in Sicht
Der Chip wurde in Googles hochmoderner Fertigungsanlage in Santa Barbara produziert, die speziell für die Entwicklung von Quantenhardware konzipiert wurde. Dabei wurde nicht nur Wert auf die Anzahl der Qubits gelegt, sondern auch auf deren Qualität. Willow erreicht T1-Zeiten von fast 100 Mikrosekunden, was eine signifikante Verbesserung gegenüber früheren Generationen darstellt. Diese Werte sind entscheidend, da sie zeigen, wie lange ein Qubit seine quantenmechanischen Zustände stabil halten kann – ein Schlüssel für die Durchführung komplexer Berechnungen.
Die möglichen Anwendungen von Willow sind weitreichend. Sie reichen von der Entdeckung neuer Medikamente über die Entwicklung effizienterer Batterien für Elektroautos bis hin zu Fortschritten in der Fusionsenergie. Google plant, die Technologie für nützliche, überklassische Berechnungen – Rechenoperationen, die mit klassischen Computern ineffizient oder gar nicht durchführbar sind – einzusetzen, die in der realen Welt Anwendung finden. Ferner lädt das Unternehmen Forscher und Entwickler ein, sich an der Weiterentwicklung von Quantenalgorithmen zu beteiligen, um neue Lösungen für die Herausforderungen der Zukunft zu finden.
Zusammenfassung
- Googles neuer Quantenchip Willow löst 30 Jahre altes Fehlerkorrekturproblem
- Exponentielle Reduktion der Fehlerrate bei steigender Qubit-Anzahl erreicht
- Berechnung in 5 Minuten statt 10 Septillionen Jahre auf Supercomputern
- Willow-Chip in spezieller Quantenhardware-Anlage in Santa Barbara gefertigt
- T1-Zeiten von fast 100 Mikrosekunden für stabilere quantenmechanische Zustände
- Anwendungsmöglichkeiten: Medikamentenentwicklung, Batterien, Fusionsenergie
- Google lädt Forscher zur Weiterentwicklung von Quantenalgorithmen ein
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