Superrechner

IBM entwickelt ersten universell einsetzbaren Quantencomputer

| Redakteur: Franz Graser

Die Quantencomputer-Spezialistinnen Hanhee Paik (links) und Sarah Sheldon prüfen die Hardware im IBM Q Lab in Yorktown im Bundesstaat New York.
Die Quantencomputer-Spezialistinnen Hanhee Paik (links) und Sarah Sheldon prüfen die Hardware im IBM Q Lab in Yorktown im Bundesstaat New York. (Bild: IBM)

Der IT-Konzern hat einen Entwicklungsplan für einen kommerziellen Quantenrechner namens „IBM Q“ vorgelegt. Darüber hinaus will IBM bis zur Jahresmitte Programmierschnittstellen veröffentlichen, die es erlauben, herkömmliche IT-Systeme mit Quantencomputern zu verbinden.

IBM plant die Entwicklung sogenannter Q-Systeme, um die Anwendungsmöglichkeiten von Quantentechnologien zu erweitern. Eine wichtige Größe ist dabei die Leistungsfähigkeit eines Quantensystems, das so genannte „Quantum Volume“. Sie beschreibt die Anzahl der zum Einsatz kommenden Qubits, die Qualität der Quantenoperationen innerhalb eines Systems sowie die Konnektivität und Parallelisierung der Qubits.

In einem ersten Schritt zur Verbesserung des Quantum Volumes plant IBM die Entwicklung von kommerziellen Rechnern mit etwa 50 Qubits (Quanten-Recheneinheiten), um die Überlegenheit dieses Ansatzes gegenüber klassischen Computern zu demonstrieren. Daneben werden gemeinsam mit Partnern Anwendungen entwickelt, die die Beschleunigung entsprechender Quantensysteme nutzen, so genannter Quantum Speedups.

Die Q-Systeme werden entwickelt, Probleme zu lösen, mit denen klassische IT Systeme überfordert sind, weil sie von zu hoher oder von exponentieller Komplexität sind. Eines der ersten und vielversprechendsten Anwendungsfelder sind Simulationen von quantenmechanischen Vorgängen auf molekularer Ebene in der Chemie.

Bereits im vergangenen Jahr eröffnete IBM die Quantum Experience, einen über die Cloud erreichbaren Zugang zu einem aus fünf Qubits bestehenden Quantencomputer im IBM-Watson-Forschungszentrum im US-Bundesstaat New York. Die Benutzer können über den Zugang verschiedene Algorithmen ausprobieren, mit einzelnen Qubits arbeiten oder sich mit Hilfe von Tutorials und Simulationen zum Thema Quantencomputing weiterbilden.

Für diese Quantum Experience kündigte Big Blue zwei Neuerungen an: Einmal Programmierschnittstellen, sogenannte APIs, die es erlauben, herkömmliche Rechnersysteme mit Quantencomputern zu verbinden. Und zum zweiten einen Simulator, der ein System von bis zu 20 Qubits simulieren kann. Zudem ist für die kommenden Monate ein Software-Entwicklungskit geplant, das es Nutzern erlaubt, einfache Quanten-Applikationen zu erstellen.

„Heutige Computersysteme sind außergewöhnlich leistungsfähig und werden auch weiterhin eine zentrale Rolle in Wirtschaft und Gesellschaft spielen. Es gibt aber eine Reihe von Herausforderungen, die mit diesen Computern nicht zu bewältigen sind. Dafür brauchen wir Quantencomputer“, sagt Tom Rosamilia, Senior Vice President IBM Systems. „In unserer Vorstellung werden in Zukunft IBM-Q-Systeme zusammen mit unseren klassischen High-Performance-Systemen diese Themen angehen.“

Der Entwicklungsplan von IBM für den Einsatz kommerzieller Quantencomputer sieht vor, dass alle technischen Komponenten holistisch weiterentwickelt werden. Dazu gehören supraleitende Qubits, die komplexe Integration mit High-Performance-Systemen sowie Ansätze für die Produktion von Nanotechnik in der Halbleiterfabrikation, um die Möglichkeiten der Quantenmechanik nutzen zu können.

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