Auf dem Weg zum schnellsten Computer der Welt

Das Internet, das Internet der Dinge, unbegrenzte Rechenkapazitäten in der Cloud, künstliche Intelligenz: Die Informationstechnologie breitet sich wie ein engmaschiges Netz über den gesamten Planeten aus.

Die Menschheit sollte deshalb langsam beginnen, die Erde als ein einziges gigantisches Computersystem zu begreifen. So jedenfalls lautet die dringende Empfehlung von Microsoft-Chef Satya Nadella.

Doch die heutigen Computersysteme, begrenzt auf digitale Nullen und Einsen – ein oder aus –, sind dieser Aufgabe nicht mehr gewachsen. Was wir heute großspurig als „Simulationen“ kennen, etwa zu Erdbeben oder Klima, sind nicht mehr als Annäherungen, räumen Wissenschaftler unumwunden ein. Es fehlt die Rechenleistung, um besser zu werden.

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Doch diese Leistung wird bald vorhanden sein – und die Auswirkungen könnten dramatisch sein.

Im Januar verkündete der US-Konzern IBM in Las Vegas einen Durchbruch: das kommerzielle Angebot eines Quantencomputers. Unternehmen, Universitäten, Forschungszentren aus aller Welt können reale Projekte zukünftig statt mit Bits mit „Qubits“ durchführen.

Doch was steckt hinter der Technologie? Wir bieten einen Ausflug in die komplexe Welt der Qubits – der Speichereinheit der möglichen Superrechner der Zukunft.

Das multimediale Handelsblatt-Spezial erklärt die Chancen und Gefahren einer neuen Technologie, die seit Jahrzehnten theoretisch konzipiert ist. So warnen Wissenschaftler auf der SXSW in Austin, Texas, vor dem völligen Verlust der digitalen Sicherheit.

Wofür die stärksten Rechner der Welt heute Jahrzehnte brauchen würden, erledigen Quantencomputer im Handumdrehen. So zum Beispiel das Knacken digitaler Verschlüsselungen. Auf der Plusseite stehen Simulationen in Echtzeit – mit allen Daten der Welt auf einmal statt eines „Datensamples“ –, zum Beispiel, um ein individuelles Anti-Krebs-Mittel für jeden Patienten zu „errechnen“. Künstliche Intelligenz und Maschinenlernen werden in völlig neue Dimensionen vorstoßen.

Unser Spezial zeigt, mit welchen Herausforderungen die Forscher zu kämpfen haben. Denn auch wenn die Quantencomputer mit ihren Quantenbits eine schier unglaubliche Geschwindigkeit versprechen – die Rechner müssen perfekt gekühlt und frei von äußeren Einflüssen betrieben werden.

Sie erwarten in unserem Spezial zu Quantencomputern eine 360-Grad-Aufnahme eines Quantencomputers, Video-Interviews mit Forschern bei IBM und aus öffentlichen Forschungseinrichtungen sowie interaktive Elemente, damit Sie auch als Laie in die Welt der Quantenrechner einsteigen können.

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Meilensteine des Quantencomputers

Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman hatte schon 1959 die erste Idee für einen Quantencomputer. Seitdem hat die Forschung immer wieder bedeutende Schritte gemacht – heute hat sich ein Wettrennen entwickelt. Die Anzahl der Qubits ist hierbei ein wichtiges Maß, wenn auch nicht das einzige.

Die reine Zahl der Qubits sagt zwar nichts über die Qualität eines Quantencomputers aus, ist aber dennoch eine wichtige Maßzahl. Wohin die Entwicklung geht, ist ungewiss – trotz der großen Sprünge in den letzten Jahren.

Feynman brachte 1959 die Idee in Umlauf, die Effekte der Quantenmechanik auf Computer zu übertragen. Doch es dauerte fast weitere 40 Jahre, bis 1998 Feynmans Idee umgesetzt werden konnte. Die Physiker Jonathan A. Jones und Michele Mosca von der Oxford University präsentierten den ersten Quantencomputer mit zwei Qubits der Öffentlichkeit.

1999 präsentierte IBM im Almaden Research Center in Kalifornien den ersten Quantencomputer mit drei Qubits.

Die Forscher benötigten bis 2005, um auf acht Qubits zu kommen. Der erste Rechner dieser Art wurde an der Universität in Innsbruck gebaut. Erst mehr als zwölf Jahre später gelang es IBM, die Qubit-Anzahl auf 17 zu steigern. Auch Intel präsentierte einen 17-Qubit-Rechner.

Noch im selben Jahr steigerte IBM die Qubit-Anzahl sogar auf 50. Neben IBM, Microsoft und Intel tauchte auch eine neue Macht im Quanten-Universum auf: Google verschaffte sich mit 72 arbeitsfähigen Qubits Respekt in der Forschungswelt.

Google-Forscher Julian Kelly spricht nun erstmals davon, dass ein Computer des Unternehmens die sogenannte „Quantum Supremacy“ erreichen könnte, also eine Überlegenheit gegenüber klassischen Computern. Jetzt wächst die neue Welt zusammen.

Google forscht an Künstlicher Intelligenz, bietet Cloud-Computing an, betreibt digitale Assistenten und die größte digitale Suchmaschine der Welt. Anfang dieses Jahres hat IBM auf der Technikmesse CES in Las Vegas das „Q System One“ vorgestellt. Es soll das erste Quantencomputer-System werden, das von einem Rechenzentrum aus Unternehmen als Cloud-Anwendung zur Verfügung steht.

IBM hat es außerdem geschafft, ein „integriertes System“ zu entwickeln, bei dem alle notwendigen Komponenten (Kühlung und Steuerung) im Gerät verbaut sind. Das Rennen um den Einsatz der Quantentechnik im Weltcomputer Erde hat begonnen.

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Mitarbeit: Axel Postinett