Prozessoren

Intel fertigt ersten Quantenchip mit 17 Qubit

Intel hat mit der Auslieferung seins ersten Quantenchips begonnen. Der für Testanwendungen vorgesehene Chip besteht aus 17 supraleitenden Qubits. Dies wirkt recht wenig, denn Unternehmen wie D-Wave haben bereits 2015 Quanten-Prozessoren mit 1.000 QuBits in Betrieb genommen. In einem weiteren Schritt wurde der D-Wave 2000Q angekündigt. Dabei handelt es sich um einen Quanten-Rechner, der 2.000 Qubits in sich vereint.

Doch egal ob 17 oder 2.000 Qubits, derzeit handelt es sich noch immer um Grundlagenentwicklung bzw. Forschung, denn echte Arbeiten oder Berechnungen kann noch keines der Systeme übernehmen. Entwickelt wurden die Chips von Intel im Forschungszentrum namens Components Research Group (CR) in Oregon, die Produktion läuft in der Fab 42 in Arizona und wird dort durch das Assembly Test and Technology Development (ATTD) begleitet.

Auch wenn es derzeit den Anschein macht, dass Intel recht spät auf den Quantencomputer-Zug aufspringt, so hat die Entwicklung bereits 2014 ernsthafte Formen angenommen. Durch die eigenen Fertigungstechnologien sieht man sich ebenfalls im Vorteil.

Intel konzentriert sich zunächst einmal auf die genaue Ausarbeitung der Hardware. Unter anderem ist es wichtig, die einzelnen Qubits voneinander zu trennen, damit keine Interferenzen übertragen werden. Außerdem muss ein Interconnect entwickelt werden, der 10 bis 100 mal schneller und mehr Verbindungen aufbauen kann, als dies bisher der Fall ist. Außerdem müssen Materialien erforscht und weiterentwickelt werden, die zur Fertigung eines Quantenchips notwendig sind. Man ist also wirklich noch ganz am Anfang der Entwicklung.

Am Ende sollen die Quantencomputer dazu beitragen, dass Berechnungen in der Chemie, Materialerforschung und im Kleinsten bei den Molekülen und Atomen beschleunigt werden können. Allerdings sind die Bedingungen für den Betrieb eines Quantenchips nicht ganz einfach. Der Quanten-Prozessor wird – damit er funktioniert – auf nur 20 mK über dem absoluten Temperaturnullpunkt heruntergekühlt. Dieser liegt bei -273,2 °C, erreicht wird eine solch niedrige Temperatur mittels flüssigem Helium. Doch nicht nur Helium ist notwendig, sondern auch unglaublich viel Energie für weitere Kühleinheiten der zahlreichen Schichten, die den Prozessor umhüllen.

Was ist das Quanten-Computing?

Quanten-Computer arbeiten anders als uns bekannte binäre Hardware. Bevor wir aber zu den QuBits kommen, noch einmal ein Blick auf unser binäres System, auf dem die aktuelle Technik arbeitet. Dort wird mit Transistoren gearbeitet, die offen oder geschlossen sein können. Ein offener Transistor repräsentiert eine 0, ein geschlossener Transistor eine 1.

Ein Quantencomputer arbeitet aber nach dem Prinzip der Quantenmechanik und darin anhand der Superposition. Eine gleiche physikalische Größe kann sich dabei überlagern, ohne sich dabei gegenseitig zu behindern. Ein QuBit kann also gleichzeitig eine 1 und eine 0 repräsentieren. Die genauen physikalischen Vorgänge dahinter beschreibt die Quantenmechanik. Für die Beschreibung des Quantencomputers bliebt wichtig, dass ein Bit oder QuBit eben nicht nur 0 oder 1 sein kann, sondern 0 und 1 gleichzeitig. Binär ausgedrückt werden über ein QuBit 00, 01, 10 und 11 repräsentiert. Mit einer Steigerung der QuBits steigt somit auch die Rechenleistung des Systems exponentiell an.

Soweit mag dies noch alles einleuchtend sein und bringt die Frage auf, warum Computer nicht heute schon so arbeiten. Doch der Aufbau eines Quantencomputer und der einzelnen QuBits gestaltet sich sehr schwierig. Sobald die Informationen aus einem QuBit ausgelesen werden, werden diese dekohärent – sind danach also verändert und müssten für eine Speicherung erneut geschrieben werden. Aber dies ist nur eine der Hürden, die noch genommen werden müssen.