„Jiuzhang 2“, Chinas neuer Quantencomputer, soll 1 Million Mal leistungsfähiger sein als Googles Sycamore. Chinesischen Wissenschaftlern zufolge ist es zudem der effizienteste der Welt. Der Jiuzhang 2, ein Supercomputer, kann in einer „einzigen“ Millisekunde eine Aufgabe berechnen, für die der schnellste herkömmliche Computer der Welt 30 Billionen Jahre bräuchte!

Bei klassischen Computern ist der Rechenprozess schwer zu simulieren, da er eine riesige Menge an Berechnungen auf der Grundlage komplexer Algorithmen erfordert.

Laut einer kürzlich in den Fachzeitschriften „Physical Review Letters“ und „Chinese Science Bulletin“ veröffentlichten Studie haben chinesische Forscherteams bemerkenswerte Fortschritte auf dem Gebiet des supraleitenden Quantencomputings und des photonischen Quantencomputings erzielt. Damit ist China das einzige Land, das beim Quantencomputing auf zwei gemeinsamen technischen Wegen einen Vorsprung erzielt hat, während die Vereinigten Staaten nur beim supraleitenden Quantencomputing einen „Quantenvorsprung“ erreicht haben.

Diese Fortschritte hätten es China ermöglicht, den technologischen Rückstand gegenüber den Vereinigten Staaten zu verringern.

Quantenvorteil?

„Der Quantenvorteil ist ein wissenschaftliches Konzept, das besagt, dass ein Quantencomputer in bestimmten Bereichen Dinge tun kann, die über die Fähigkeiten klassischer oder Nicht-Quantencomputer hinausgehen, aber er wird niemals klassische Computer ersetzen“, sagte Yuan Lanfeng am Dienstag gegenüber der Global Times. Er ist Forscher am USTC (Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale of the University of Science and Technology of China).

Das Forscherteam unter der Leitung des chinesischen Quantenphysikers Pan Jianwei gab bekannt, dass es zwei hoch entwickelte Quantencomputer gebaut hat.

Zunächst stellte er den Supercomputer Jiuzhang 2 vor, der nach seiner Aussage in einer Millisekunde eine Aufgabe berechnen kann, für die der schnellste herkömmliche Computer der Welt normalerweise 30 Billionen Jahre benötigen würde.

Das nächste Projekt ist der Zuchongzhi 2 (benannt nach dem berühmten chinesischen Mathematiker und Astronomen aus dem fünften Jahrhundert), ein programmierbarer supraleitender Quantencomputer mit 66 Qubits. Laut Jianwei ist letztere 10 Millionen Mal schneller als die 55-Qubit-Sycamore von Google. Damit ist die neue chinesische Maschine die schnellste der Welt und die erste, die die Google-Maschine jetzt nach zwei Jahren schlägt.

Nach Ansicht von Experten ist dies das erste Mal, dass China einen Quantenvorteil in einem supraleitenden Quantencomputersystem erreicht hat.

Der Jiuzhang 2, ein anderer Quantencomputer, der mit Licht arbeitet, hat weniger Anwendungen, kann aber nach Angaben des Teams mit einer atemberaubenden Geschwindigkeit arbeiten, die 100 Sextillionen Mal schneller ist als die heutigen größeren konventionellen Computer. Falls Sie es verpasst haben: Eine Sextillion ist eine 1 mit 36 Nullen. Aber auch wenn die Eigenschaften dieser neuen Maschinen auf eine Computerrevolution hindeuten, werden sie nicht so bald auf den Markt kommen.

Es gibt immer noch Herausforderungen.

Nach dem derzeitigen Stand der Dinge können die beiden Maschinen jedoch nur in empfindlichen Umgebungen und nur für ganz bestimmte Aufgaben eingesetzt werden.

Und auch wenn man besonders vorsichtig ist, machen sie immer noch zahlreiche Fehler.

„Im nächsten Schritt hoffen wir, nach vier bis fünf Jahren harter Arbeit eine Quantenfehlerkorrektur zu erreichen“, so Professor Pan.

Außerdem geht man davon aus, dass chinesische Quantencomputer die Fortschritte der nächsten Generation vorantreiben könnten. „Auf der Grundlage der Technologie der Quantenfehlerkorrektur können wir den Einsatz bestimmter spezieller Quantencomputer oder Quantensimulatoren erforschen, um einige der wichtigsten wissenschaftlichen Fragen von praktischem Wert zu lösen“, so Pan weiter.

Die Schaltkreise der Zuchongzhi-Maschine müssen bei einer extrem niedrigen Temperatur gehalten werden, damit sie eine komplexe Aufgabe erfüllen können, die als Random Walk bezeichnet wird und auf den Bewegungen der Figuren auf einem Schachbrett basiert.

Was sollen sie berechnen?

Zu den Anwendungen gehören die Berechnung genetischer Mutationen, die Vorhersage von Aktienkursen, Luftströmungen bei Hyperschallflügen und die Schaffung neuer Materialien.

Ein Schachspiel, ein Photon, ein „Qubit“

Das Modell geht davon aus, dass die Bewegung einer Schachfigur völlig zufällig sein kann und in keinem Zusammenhang mit früheren Bewegungen steht.

Die Zuchongzhi 2-Maschine kann theoretisch zufällige Züge auf 66 Schachbrettern gleichzeitig berechnen – eine Aufgabe, die heute für jeden herkömmlichen Computer unmöglich ist.

Der Jiuzhang 2 ist eine Weiterentwicklung einer von Pans Team im vergangenen Jahr gebauten Maschine, die Photonen verwendet, von denen jedes ein Qubit – die Grundeinheit der Quanteninformation – trägt.

„Wir haben die Anzahl der Photonen von 76 auf 113 erhöht, die neue Maschine ist mehrere Milliarden Mal schneller als Supercomputer“, so Chaoyang. Ihm zufolge kann die Jiuzhang-Maschine eine Aufgabe erfüllen, die als Bosonen-Sampling bekannt ist und das Verhalten von Lichtteilchen beim Durchgang durch ein Labyrinth aus Kristallen und Spiegeln simuliert.

Ursprünglich wurde es als Physikspiel ohne Ziel angeboten, aber einige neuere Studien deuten darauf hin, dass das Bosonen-Sampling einige Anwendungen in der Kryptographie haben könnte.

Ein typischer lichtbasierter Computer ist nicht programmierbar, aber das Team sagt, dass Jiuzhang 2 ein flexibleres Design hat, das es ihm erlaubt, mehr als eine Rechenaufgabe zu erfüllen. Angesichts der zunehmenden Bedeutung dieser Prozesse im Zuge der vierten industriellen Revolution ist es keine Übertreibung zu sagen, dass Quantencomputer eine zentrale Rolle in wichtigen gesellschaftlichen Funktionen spielen werden, von der Verteidigungsforschung über wissenschaftliche Fortschritte bis hin zur nächsten Generation der Wirtschaft.