Der amerikanische Industriekonzern Honeywell kündigte die Entwicklung eines eigenen Quantencomputers mit Rekordeigenschaften an, der Mitte des Jahres demonstriert werden soll. Laut den Mitarbeitern des Unternehmens wird es laut der kürzlich vorgeschlagenen integralen Metrik des Quantenvolumens seine engsten Konkurrenten mindestens zweimal übertreffen. Auch in der Natur der Qubits werde sich das Gerät von seinen Pendants unterscheiden: Es nutzt Ionen in Fallen und keine supraleitenden Schaltkreise wie Google oder IBM, schreiben die Forscher in einem Preprint auf arXiv.org.
Ein Quantencomputer ist ein Computer der besonderen Art, der in der Lage ist, eine bestimmte Klasse von Problemen unvergleichlich schneller zu lösen als gewöhnliche Computer. Sein Hauptunterschied zum üblichen ist die Verwendung von Quantenbits (Qubits) zur Durchführung von Operationen, die aufgrund der Gesetze der Quantenmechanik nicht nur die Werte „0“und „1“annehmen können, sondern auch in ihrer Überlagerung. Dadurch kann ein solches Gerät gleichzeitig exponentiell mehr Informationen verarbeiten.
Wissenschaftler haben viele mögliche Quantencomputerarchitekturen und physikalische Implementierungen von Qubits entwickelt. In den letzten Jahren wurde die größte Aufmerksamkeit auf supraleitende Qubits gerichtet, wie sie von aktuellen Branchenführern wie IBM und Google verwendet werden. Andere Wissenschaftlergruppen haben jedoch weiterhin Alternativen entwickelt. Darüber hinaus wurden viele der wichtigsten Arbeiten an anderen Systemen durchgeführt. Zum Beispiel wurde zum ersten Mal ein vollständiger Satz von Quantenlogikgattern unter Verwendung von Ionenfallen demonstriert.
Der bisher größte Fortschritt im Quantencomputing ist die Demonstration der Quantenüberlegenheit durch Googles Sycamore-Prozessor im vergangenen Jahr. Dieses Gerät konnte Berechnungen der besonderen Art viel schneller durchführen als selbst der fortschrittlichste Supercomputer, obwohl in diesem Fall unter Experten kein Konsens über den Grad der Überlegenheit herrscht.
Forscher der Abteilung des amerikanischen Industriegiganten Honeywell haben einen Artikel veröffentlicht, in dem sie einen Prototyp eines leistungsstarken Quantencomputers auf Basis von Ionenfallen beschreiben. Ein solches Gerät speichert Quanteninformationen mit ionisierten Atomen, die von elektromagnetischen Feldern und Laserpulsen gehalten und kontrolliert werden. Die Autoren demonstrierten die Implementierung beliebiger Vier-Qubit-Quantenschaltungen unter Verwendung von Ytterbium-Ionen und zeigten die Ergebnisse einer Reihe von Tests.
Gleichzeitig mit dem Erscheinen des Preprints auf der Website des Konzerns wurden Pläne zur Entwicklung der Entwicklungsrichtung von Quantencomputern veröffentlicht, wonach das Unternehmen in wenigen Monaten das produktivste Gerät dieser Art der Welt zeigen wird.
Honeywell stellt eine Vielzahl von Produkten her, die von Unterhaltungselektronik und Arbeitskleidung bis hin zu Hightech-Verbundwerkstoffen, Flugzeugtriebwerken und wissenschaftlichen Instrumenten reichen. Insbesondere werden Vakuumpumpen und Geräte zum Erreichen und Betrieb bei extrem niedrigen Temperaturen hergestellt, die erforderlich sind, um geeignete Bedingungen für die Aufrechterhaltung der Quantenverschränkung zwischen Qubits zu schaffen.
Die Mitarbeiter des Unternehmens verwendeten das Quantenvolumen als Hauptkennzahl für die Leistung eines Quantencomputers. Diese Zahl wurde letztes Jahr von IBM-Mitarbeitern eingeführt, um Geräte mit sehr unterschiedlichen Architekturen zu vergleichen. Das Quantenvolumen hängt in erster Linie von der Anzahl der Qubits, ihren inhärenten Fehlern und der Systemkonjugation, also der Anzahl der Verbindungen zwischen Qubits, ab. Es wird angenommen, dass der endgültige Wert zeigt, wie komplexe Probleme ein bestimmter Quantencomputer lösen kann und wie effektiv er dabei ist.
Auf Ionenfallen basierende Qubits haben sowohl Vor- als auch Nachteile gegenüber den heute üblicheren supraleitenden. Sie haben weniger Rauschen und behalten die Quantenverschränkung viel länger bei, aber sie arbeiten langsamer, und die Schaffung eines Systems aus vielen Qubits und die Kontrolle einer großen Anzahl von Ionen ist aus technischer Sicht sehr schwierig zu implementieren.
Der erstellte Prototyp hat ein Quantenvolumen von 16 Einheiten, aber bis Mitte des Jahres wollen die Autoren ein Gerät mit einem Volumen von mindestens 64 Einheiten präsentieren, das ihrer Meinung nach doppelt so groß ist wie das der bestehenden Konkurrenten. Diese Eigenschaft wird es ihm ermöglichen, große Quantenschaltungen besser und genauer zu implementieren als Analoga. Die globaleren Pläne des Unternehmens sehen vor, das Quantenvolumen über einen Zeitraum von fünf Jahren um etwa eine Größenordnung pro Jahr zu erhöhen.
JPMorgan Chase und Microsoft sind Honeywells Partner in diesem Projekt. Das Unternehmen hat auch in Cambridge Quantum Computing (CQC) und Zapata Computing investiert, die Algorithmen für Quantencomputer entwickeln.
Zuvor führten Physiker eine zerstörungsfreie Messung eines Qubits an einem Quantenpunkt durch und maßen den Fehler des Qubits mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von einem Millionstel. Um zu erfahren, wann ein neues Quanten-Wettrüsten zu erwarten ist, lesen Sie den Artikel „Wer hat mehr Qubits“.
