Google und IBM jagten Quanten-Meilensteine, während Rivalen über die Rangliste stritten

Im April 2017 gab John Martinis von Google seinem Team bis zum Ende jenes Jahres Zeit, einen Chip zu bauen, der eine Berechnung jenseits jedes herkömmlichen Computers schafft. IBM kündigte im November einen Prototyp eines 50-Qubit-Prozessors an.

Martinis war Ende 2014 von der University of California, Santa Barbara, zu Google gekommen. Der MIT Technology Review sagte er, seine rund 25-köpfige Gruppe werde bis Ende 2017 die "Quantenüberlegenheit" erreichen. Das Experiment sollte Googles Chip gegen einen der größten Supercomputer der Welt stellen. Entwürfe für Geräte mit 30 bis 50 Qubits seien bereits in Arbeit, sagte er.

Googles damals veröffentlichter Chip trug neun Qubits in einer Reihe. Das neueste Gerät, über das die MIT Technology Review berichtete, hatte nur sechs Qubits, aber in einem Zwei-mal-drei-Raster. Laut Martinis zeigte das, dass die Technik noch funktionierte, wenn Qubits nebeneinander lagen. Der Sechs-Qubit-Chip testete zudem ein Fertigungsverfahren, bei dem Qubits und ihre Steuerleitungen auf getrennten Chips hergestellt und später über Bump-Bonding verbunden werden.

"Dieser Prozess funktioniert vollständig", sagte Martinis. "Jetzt sind wir bereit, sozusagen schnell voranzukommen."

Simon Gustavsson, leitender Forscher einer Quantencomputing-Gruppe am MIT, sagte der MIT Technology Review, Google sei einer der führenden Akteure, und das Feld sei "ziemlich vergleichbar zwischen Google und IBM". Chris Monroe, Professor an der University of Maryland und Mitgründer des Start-ups IonQ, nannte das Überlegenheitsexperiment "einen akademischen Meilenstein". Die schwierigere Arbeit, solche Maschinen skalierbar und programmierbar zu machen, stehe noch aus, sagte er.

IBM beansprucht die 50-Qubit-Marke zuerst

Am 10. November 2017 erklärte IBM, seine Wissenschaftler hätten einen Prozessorprototyp mit 50 Qubits gebaut und vermessen. Dario Gil, der die Forschungsabteilung von IBM für Quantencomputing und künstliche Intelligenz leitete, sagte laut Associated Press, es sei das erste Mal, dass ein Unternehmen einen Quantencomputer in dieser Größenordnung gebaut habe. Seth Lloyd, Professor für Maschinenbau am MIT und nicht an der Forschung beteiligt, sagte der AP, IBM habe wahrscheinlich noch Störungen zu beheben, doch die Ankündigung sei ein Zeichen erheblichen Fortschritts.

Einen Monat später, auf der Q2B-Konferenz im NASA Ames Research Center, widersprach Martinis der Art, wie solche Meilensteine gezählt werden. "Pressemitteilungen sprechen beim Quanten-Wettrüsten immer über die Zahl der Qubits", sagte er laut Gizmodo. "Es geht um mehr als nur die Menge, es geht um die Qubit-Qualität."

Gizmodo berichtete, Google fertige damals ein Gerät mit 49 oder 50 Qubits und wolle innerhalb von zwei Wochen mit Tests beginnen. Martinis sagte, das gewählte Problem müsse schwierig sein, viele hochwertige Qubits erfordern und auf jeden Quantencomputer übertragbar sein. Das Team werde seine Qubits verschränken, das System sich entwickeln lassen und dann Ergebnisse messen. Deren Wahrscheinlichkeiten seien so komplex, dass eine klassische Maschine Wochen brauchen könnte, um zu simulieren, was das Quantengerät in Minuten erledigt.

Auf der Konferenz sprach auch der CalTech-Theoretiker John Preskill. Er beschrieb die aufkommende NISQ-Ära, für Noisy, Intermediate-Scale Quantum Computer. Die Fehlertoleranz, sagte er, müsse weiter voranschreiten.

Die Rangliste bewegt sich erneut

Bis März 2019 hatte IBM die Debatte auf eine völlig andere Kennzahl verlagert. Auf dem March Meeting der American Physical Society erklärte das Unternehmen, sein Q System One mit einem 20-Qubit-Prozessor habe ein Quantum Volume von 16 erreicht. Das sei doppelt so viel wie das Quantum Volume von 8 seines bestehenden IBM-Q-Systems, berichtete ZDNET.

IBM erklärte, das Quantum Volume berücksichtige Qubit-Anzahl, Konnektivität, Kohärenzzeit, Gate- und Messfehler, Übersprechen des Geräts und Effizienz des Compilers. Das Unternehmen sagte, die Kennzahl müsse sich jedes Jahr verdoppeln, um innerhalb des nächsten Jahrzehnts den Quantum Advantage zu erreichen. Seit 2017 habe es die Leistung seiner Quantencomputer jährlich verdoppelt.