Tech-Giganten erwarten, dass ein einsatzfähiger Quantencomputer noch in diesem Jahrzehnt verfügbar sein wird

Technologieunternehmen in den USA eifern darum, Quantencomputersysteme von Laborprototypen zu industriellen Maschinen zu skalieren, so Details, die von IBM, Google, Amazon, Microsoft und anderen geteilt wurden.

Durchbrüche im Chipdesign und in der Fehlerkorrektur haben die technischen Lücken verengt und ein Zehn-Jahres-Ziel für einige greifbar gemacht, während andere warnen, dass der Weg noch viel länger sein wird.

IBMs Ankündigung im Juni legte ein voll skalierbares Design vor, das fehlende Ingenieursdetails aus früheren Plänen ergänzt. Jay Gambetta, der das Quantenprogramm des Unternehmens leitet, sagte, sie hätten nun einen „klaren Weg“ zu einer Maschine, die klassische Computer in Aufgaben wie Materialsimulation und KI-Modellierung vor 2030 übertreffen wird.

Das Quantenforschungsteam von Google, geleitet von Julian Kelly, hat letztes Jahr eine seiner größten technischen Hürden beseitigt und sagt, es wird ebenfalls vor Ende des Jahrzehnts liefern, wobei Kelly alle verbleibenden Probleme als „überwindbar“ bezeichnet.

Unternehmen drängen darauf, Skalierungsherausforderungen zu lösen

Oskar Painter, Chef der Quantenhardware bei Amazon, warnte, dass die industrielle Phase 15–30 Jahre dauern könnte, selbst mit großen physikalischen Meilensteinen hinter sich. Der Sprung von weniger als 200 Qubits — den grundlegenden Quanteneinheiten — auf mehr als eine Million ist für eine bedeutende Leistung erforderlich.

Das Skalieren wird durch Qubit-Instabilität behindert, die ihren nutzbaren Zustand auf Bruchteile einer Sekunde begrenzt. IBMs Condor-Chip mit 433 Qubits zeigte Interferenzen zwischen Komponenten, ein Problem, das Rigetti Computing CEO Subodh Kulkarni als „ein böses Physikproblem“ beschrieb. IBM sagt, es habe das Problem erwartet und verwendet nun einen anderen Koppler, um Interferenzen zu reduzieren.

Frühe Systeme verließen sich auf individuell abgestimmte Qubits zur Leistungsverbesserung, was im großen Maßstab nicht praktikabel ist. Unternehmen entwickeln nun zuverlässigere Komponenten und kostengünstigere Herstellungsverfahren.

Google hat das Ziel, die Teilepreise um den Faktor zehn zu senken, um ein voll skalierbares System für 1 Milliarde US-Dollar zu bauen. Fehlerkorrektur, bei der Daten über Qubits dupliziert werden, sodass der Verlust eines Qubits die Ergebnisse nicht korruptiert, gilt als Voraussetzung für das Skalieren.

Google ist das einzige Unternehmen, das einen Chip gezeigt hat, bei dem sich die Fehlerkorrektur mit wachsenden Systemen verbessert. Kelly sagte, dass das Überspringen dieses Schritts zu „sehr teurer Maschine, die nur Rauschen ausgibt“ führen würde.

Wettbewerbsfähige Designs und staatliche Unterstützung

IBM setzt auf eine andere Fehlerkorrekturmethode namens Low-Density Parity-Check-Code, die nach eigenen Angaben 90 % weniger Qubits benötigt als Google’s Surface-Code-Ansatz. Surface-Code verbindet jedes Qubit in einem Raster mit seinen Nachbarn, erfordert aber mehr als eine Million Qubits für nutzbare Arbeit.

IBMs Methode erfordert Fernverbindungen zwischen Qubits, die schwer zu konstruieren sind. IBM sagt, es habe dies nun erreicht, aber Analysten wie Mark Horvath von Gartner sagen, das Design existiere noch immer nur in der Theorie und müsse in der Fertigung bewiesen werden.

Andere technische Hürden bleiben: Vereinfachung der Verdrahtung, Verbindung mehrerer Chips zu Modulen und Bau größerer kryogener Kühlschränke, um Systeme nahe dem absoluten Nullpunkt zu halten.

Supraleitende Qubits, die von IBM und Google verwendet werden, zeigen starke Fortschritte, sind aber schwer zu steuern. Alternativen wie gefangene Ionen, neutrale Atome und Photonen sind stabiler, aber langsamer und schwieriger in große Systeme zu integrieren.

Sebastian Weidt, CEO des britischen Unternehmens Universal Quantum, sagt, dass Entscheidungen über staatliche Finanzierungen das Feld wahrscheinlich auf wenige Mitbewerber eingrenzen werden. Darpa, die Forschungsagentur des Pentagon, hat eine Überprüfung gestartet, um den schnellsten Weg zu einem praktischen System zu identifizieren.

Amazon und Microsoft experimentieren mit neuen Qubit-Designs, einschließlich exotischer Materiezustände, während etablierte Akteure ältere Technologien weiter verfeinern. „Nur weil es schwer ist, heißt das nicht, dass es nicht machbar ist“, fasste Horvath zusammen und drückte damit die Entschlossenheit der Branche aus, die Marke von einer Million Qubits zu erreichen.