Testmodell für Quantencomputer Google fördert Quantenphysiker der Saar-Uni

Um die Entwicklung eines funktionablen Prüf- und Testsystems für Quantenprozessoren zu unterstützen hat Google zwei Physiker der Saar-Uni, Professor Frank Wilhelm-Mauch und den angehenden Doktoranden Tobias Chasseur, mit dem Google Research Award ausgezeichnet.

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Universität des Saarlandes

Bevor Technologiekonzerne ihre Computerchips auf den Markt bringen, prüfen sie auf Herz und Nieren, ob ihre Technik fehlerfrei funktioniert. Auch bei künftigen Quantencomputern müssen solche Prozessoren störungsfrei laufen. Effektive und zuverlässige Testverfahren fehlen aber bislang. An der Saar-Uni arbeiten theoretische Physiker um den angehenden Doktoranden Tobias Chasseur und Professor Frank Wilhelm-Mauch an einem Modell, das Quantenprozessoren prüfen soll.

Der Internetkonzern Google unterstützt diese Arbeit mit einem Google Research Award. Das Modell wird Chasseur anschließend mit dem US-amerikanischen Forscher John Martinis, einem der führenden Quantentechnologie-Experten, in der Praxis testen.

Quantencomputer könnten in der Lage sein, die physikalisch möglichen Grenzen des Moore'schen Gesetzes bei der Entwicklung kleinerer und effizienterer Halbleiter zu durchbrechen. „Ein Quantencomputer ist allerdings viel leistungsfähiger als herkömmliche Rechner. Ein Testverfahren könnte somit viel aufwendiger sein“, sagt Frank Wilhelm-Mauch, Professor für Quanten- und Festkörpertheorie an der Universität des Saarlandes. So können die Bits bei den gängigen Computern die Zustände 0 oder 1 besitzen. Anders verhält es sich jedoch bei der Quantentechnologie: Sie beruht auf dem Prinzip, dass ein Teilchen – wie ein Atom, Elektron oder Lichtteilchen – gleichzeitig zwei Zustände einnehmen kann. Hierbei spricht man auch von Überlagerungszuständen.

In der Quantenwelt können die Zustände 0 und 1 gleichzeitig vorhanden sein. Solche Quantenbits oder Qubits sind die Grundlage eines Quantencomputers. Eine Rechenoperation kann nun auf beiden Anteilen des Überlagerungszustandes (0 und 1) gleichzeitig oder parallel stattfinden. „Schon ein Quantencomputer mit nur 32 Bit entspricht einem klassischen Computer mit einem Mehrfachen von 2 hoch 32 Bit“, fügt Tobias Chasseur hinzu.

„Um sämtliche Rechenoperationen der Quantenprozessoren einzeln zu testen, bräuchte man wiederum einen Quantencomputer“, erklärt der Professor weiter. Für ihr Modell setzen die Forscher daher auf ein erprobtes Verfahren aus der angewandten Mathematik, bei der sich Rechenleistungen ermitteln und vergleichen lassen. „Viele Messungen können dabei durch einige wenige ersetzt werden“, so Chasseur. „Der Aufwand ist hierbei ähnlich groß wie bei einem kleinen klassischen Prozessor.“

Der Internetkonzern Google unterstützt den Saarbrücker Nachwuchswissenschaftler bei dieser Arbeit für ein Jahr mit 32.000 US-$. Chasseur wird das Modell anschließend im Quantenrechner-Labor von Professor John Martinis in Kalifornien in der Praxis testen. Martinis und sein Team sind dabei, einen schon bald nutzbaren Quantencomputer zu entwickeln. Dieser könnte die Rechenleistung um ein Vielfaches übersteigen und in Sekundenschnelle Milliarden von Rechenschritten durchführen. Martinis arbeitet mittlerweile für Google. Zuvor hat der Physiker an der University of California Santa Barbara an der Quantentechnologie geforscht.

Mit dem „Google Research Award“ fördert Google Wissenschaftler, die an Themen forschen, die für das Unternehmen selbst und für die Informatik von großem Interesse sind.

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