Google beansprucht Quantenüberlegenheit, IBM nennt es einen Laborversuch

Google hatte den Aufsatz auf NASA.gov veröffentlicht, später wurde er wieder entfernt. Der Text ist der bislang ernsthafteste Hinweis darauf, dass Quantenprozessoren klassische Rechner bei einer eng umrissenen Aufgabe übertreffen können. Fortune erhielt eine Kopie und berichtete am 20. September 2019, ein Google-Sprecher habe die Echtheit nicht bestätigen wollen. Eine Quelle im Unternehmen sagte Fortune, NASA habe den Aufsatz zu früh veröffentlicht, bevor das Peer-Review-Verfahren abgeschlossen war.

Die Zahlen im Aufsatz sind deutlich. "Während unser Prozessor etwa 200 Sekunden braucht, um eine Instanz des Quantenschaltkreises 1.000.000 Mal abzutasten, würde ein moderner Supercomputer für die entsprechende Aufgabe ungefähr 10.000 Jahre benötigen", schrieben die Forscher. Auf einem Google-Cloud-Server würde dasselbe Experiment geschätzt 50.000.000.000.000 Stunden dauern. Auf dem Quantenprozessor dauerte es 30 Sekunden.

Diese Lücke ist das ganze Argument. Google nennt die Maschine Sycamore, einen 53-Qubit-Chip, der aus einem 72-Qubit-Entwurf namens Bristlecone zurückgestuft wurde. Der Aufsatz stellt fest, dass supraleitende Qubits heute Berechnungen "jenseits der Reichweite der schnellsten derzeit verfügbaren klassischen Supercomputer" ausführen können. Das Experiment sei "die erste Berechnung, die nur auf einem Quantenprozessor ausgeführt werden kann".

Nicht alle lesen das so.

Dario Gil, der IBM Research leitet, sagte Fortune, das Ergebnis tauge nicht als Fortschrittsmaßstab. "Das Experiment und der Begriff 'Überlegenheit' werden von fast allen missverstanden werden", sagte er. Er beschrieb es als hochspezialisiertes Laborexperiment ohne praktische Anwendungen und argumentierte, Quantencomputer würden neben klassischen Maschinen arbeiten, nicht diese ersetzen. Jim Clarke, bei Intel Labs für Quantenhardware zuständig, nannte es "einen bemerkenswerten Meilenstein". Ein kommerziell nutzbarer Quantencomputer brauche aber noch viele weitere F&E-Fortschritte. "Während die Entwicklung erst bei Meile eins dieses Marathons steht, glauben wir fest an das Potenzial dieser Technologie", sagte Clarke.

Der Streit ist nicht neu. Zwei Jahre zuvor, im April 2017, sagte John Martinis, der Googles Quantenforschungsgruppe leitet, dem MIT Technology Review, er habe sich bis Ende jenes Jahres Zeit gegeben, um Quantenüberlegenheit zu erreichen. Das Team hatte gerade einen Sechs-Qubit-Chip gebaut, angeordnet in einem Zwei-mal-drei-Raster. Damit testete es ein Fertigungsverfahren, bei dem Qubits und ihre Steuerleitungen auf getrennten Chips gefertigt und dann über Bump-Bonding verbunden werden. Martinis sagte, für das eigentliche Experiment sei ein 49-Qubit-Raster nötig. "Wir glauben, wir sind bereit für dieses Experiment. Wir können es jetzt tun", sagte er dem Magazin.

Im Dezember 2017 wehrte sich Martinis auf einer Konferenz zu Quantencomputing für Unternehmen am NASA Ames gegen die Art, wie das Rennen gezählt wurde. "Pressemitteilungen sprechen immer vom Quanten-Wettrennen in Qubit-Zahlen", sagte er laut Gizmodo. "Es ist mehr als nur Quantität, es ist Qubit-Qualität." Er sagte, Google fertige damals ein Bauteil mit 49 oder 50 Qubits und werde innerhalb von zwei Wochen mit Tests beginnen.

IBM hatte sein eigenes Timing. Am 10. November 2017 erklärte das Unternehmen, seine Wissenschaftler hätten einen 50-Qubit-Prozessorprototyp gebaut und vermessen. Dario Gil sagte damals, es sei das erste Mal, dass ein Unternehmen einen Quantencomputer dieser Größenordnung gebaut habe. Seth Lloyd, Professor für Maschinenbau am MIT und nicht an der Forschung beteiligt, sagte der Associated Press, IBM habe wahrscheinlich noch Störungen auszuräumen. Die Ankündigung sei aber ein Zeichen erheblichen Fortschritts.

Die Größenordnung erwies sich jedoch als bewegliches Ziel. Bis März 2019 bewarb IBM ein anderes Maß, das Quantum Volume. Es verbindet Qubit-Zahl mit Konnektivität, Kohärenzzeit, Gate- und Messfehlern, Übersprechen im Bauteil und Compiler-Effizienz. IBM sagte, sein Q System One mit einem 20-Qubit-Prozessor erreiche ein Quantum Volume von 16, doppelt so viel wie das frühere IBM-Q-System. Das Unternehmen prognostizierte, das Quantum Volume müsse sich jedes Jahr verdoppeln, um innerhalb eines Jahrzehnts Quantum Advantage zu erreichen.

Was Google vorführte, ist dagegen ein Benchmark und kein Produkt. Die Formulierung im Aufsatz ist vorsichtig: Quantencomputing befinde sich im Übergang "von einem Forschungsthema zu einer Technologie, die neue Rechenfähigkeiten erschließt". Und: "wir sind nur einen kreativen Algorithmus von wertvollen kurzfristigen Anwendungen entfernt". Das ist eine Aussage darüber, was folgen könnte, nicht darüber, was die Maschine heute leistet.

Das Experiment tastet zufällig erzeugte Zahlen über spezialisierte Schaltkreise ab. Einen offensichtlichen industriellen Nutzen hat es nicht. Googles eigene Forscher erwarten, dass die Rechenleistung von Quantencomputern "mit doppelt exponentiellem Tempo wächst". Das würde die rund zweijährige Verdopplung klassischer Rechner nach dem Mooreschen Gesetz übertreffen. Ob diese Kurve hält, entscheiden das Peer-Review-Verfahren und die nächsten Maschinen.