Quantencomputing für den praktischen Einsatz rückt näher.
Quantencomputer sind so etwas wie der heilige Gral der Informationstechnologie. In den modernsten Labors der Welt arbeiten die besten Physiker, Mathematiker und IT-Spezialisten daran, die Quanteninformatik für die tägliche Anwendung ausserhalb der Laboratorien bereitzustellen. Der Grund: Quantencomputing hat auf Grund der enormen Leistungsfähigkeit das Potenzial, nicht nur die IT-Welt, sondern die Welt an sich zu verändern.
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Die letzten Monate brachten grosse Fortschritte im Feld der Quanteninformatik. In verschiedenen Laboratorien der Welt, an Universitäten und in Grossunternehmen wie IBM, wurden wichtige Meilensteine in der Entwicklung von Quantencomputern vermeldet. Zum Beispiel an der New South Wales University im Australischen Sydney, wo kürzlich mitgeteilt wurde, dass grosse Quantenchips viel früher als erwartet zur Verfügung stehen könnten[i].
Mehr Qubits per Chip
Quantencomputertechnologie ist viel zu komplex, um sie in einem Artikel wie diesem auch nur annähernd zu beschreiben. Soviel aber sei gesagt: Die gemeldeten Fortschritte sollen es möglich machen, per Chip nicht nur wenige Quantenbits (Qubits), sondern Millionen davon einzusetzen und zu nutzen. Damit wäre eines der grössten Probleme für die kommerzielle Nutzung von Quantencomputing gelöst[ii]. Qubits machen es aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften möglich, die Einsen und Nullen darzustellen, welche die Grundlage der Digitaltechnik sind. Ein Qubit kann gleichzeitig sowohl eine Eins als auch eine Null sein. Genau diese Eigenschaft macht Quantencomputing so immens interessant, leistungsfähig – und hochkompliziert. Spezialisten wissen, dass Quantencomputer in einem Schritt Berechnungen und Simulationen durchführen können, für die herkömmliche moderne Computer Hundertausende oder gar Millionen Jahre brauchen würden.
Quantencomputer sind kälter als der Weltraum
Auch die Physiker des Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms arbeiten daran, einen Quantencomputer zu bauen, der mehr Quantenbits einsetzt. Es handelt sich um einen 256 Quantenbit Quantensimulator. Es sei die Kombination der Größe des Systems und seiner Programmierbarkeit, die es an die Spitze des Wettlaufs um einen Quantencomputer stelle, teilen die Forscher mit. Eine steigende Anzahl Qubits bedeute, dass das System exponentiell leistungsstärker werde. Die Anzahl der Quantenzustände, die mit nur 256 Qubits möglich seien, übersteige die Anzahl der Atome im Sonnensystem.[iii] Apropos Sonnensystem: Die Temperaturen, die notwendig sind, um mit Qubits zu rechnen sind tiefer als jene, die im Weltraum gemessen werden. Fast minus 273 Grad Celsius sind erforderlich, um die Bewegung der Atome zu verlangsamen, und die Qubits stabil zu halten. Kühlungssysteme stellen also für die Quantencomputertechnologie eine grosse Herausforderung dar.
Ein OS für alle Quantencomputer?
Bis jetzt wurden weltweit in verschiedenen Laboratorien schätzungsweise 50 Quantencomputer gebaut. Diese Projekte benutzen verschiedenste Betriebssysteme – ein Windows oder Unix für Quantencomputer existiert (noch) nicht. Das soll sich nun ändern, wenn es nach den Vorstellungen eines Konsortiums geht, das von der Universität Cambridge geführt wird. Das Ziel ist ein Betriebssystem, das es möglich macht, die gleiche Quantensoftware auf verschiedenen Quantencomputern auszuführen. Der erste Schritt dazu, ist getan: Es gibt jetzt ein Quantenbetriebssystem, das auf einem Chip Platz hat. Die Software wurde vom Start-up-Unternehmen Riverlane der Universität Cambridge entwickelt und von SEEQC, einem Halbleiterunternehmen, auf einen Chip gedruckt. In einer Presseerklärung des Konsortiumsmitglieds SEEQC heisst es: "Einfach ausgedrückt haben wir ein System, das früher einen ganzen Raum füllte, auf einen Chip von der Grösse einer Münze gepackt - und es funktioniert". SEEQC ist ein Halbleiterunternehmen mit Sitz in den USA und grossen Labors in Grossbritannien, das kommerziell realisierbare anwendungsspezifische Quantencomputersysteme für globale Unternehmen entwickelt. Das Betriebssystem hat übrigens auch schon einen Namen: Es heisst Deltaflow.OS[iv].
Quantencomputer für die Cloud
Auch IBM ist in der Quantencomputerforschung tätig – und hat grosse Ziele[v]. Noch dieses Jahr will das Unternehmen den 127-Qubit-Prozessor IBM Quantum Eagle vorstellen. Der Prozessor wird Upgrades wie Through-Silicon-Vias und Multi-Level-Verdrahtung enthalten und soll in der Lage sein, Crosstalk-Fehler zu reduzieren. Schon für das nächste Jahr plant IBM die Einführung eines IBM Quantum Osprey-Systems mit 433 Quantenbits, das mit einer verbesserten Infrastruktur zur Kühlung und Kontrolle skaliert werden kann. Bis ins Jahr 2023 will Big Blue dann ein Quantencomputersystem mit 1121 Qubits kreieren. Langfristig plant das Unternehmen gar Systeme mit mehr als einer Million Qubits. Jay Gambetta, Vice President von IBM Quantum, erklärt: Die Roadmap des Unternehmens sei Teil einer Mission, "einen vollständigen Quantencomputer zu entwickeln, der über die Cloud bereitgestellt wird und von jedem auf der Welt programmiert werden kann". Tatsächlich werden die für die jetzige Quantentechnologie notwendigen Kühlungsmechanismen dafür sorgen, dass Quantencomputer vorwiegend in Rechenzentren stehen und über Cloud Computing genutzt werden können. Für den 1121 Qubit Quantencomputer plant IBM einen riesigen Kühlschrank – mit dem Namen GoldenEye[vi] - James Bond lässt grüssen.
Leading-Edge-Technologie von UMB und IBM
Noch stehen die Quantencomputer in unseren Rechenzentren nicht zur Verfügung. Aber auch die auf konventioneller Technologie basierenden neuen Rechner sind enorm leistungsfähig und für die Anforderungen moderner Cloud-Computing-Plattformen konzipiert. So hat IBM kürzlich offiziell den ersten Server der neuen Power10-Reihe lanciert. Gegenwärtig werden Bestellungen dafür entgegengenommen; die Auslieferung soll noch vor Ende September beginnen. Power10 wurde für die besonderen Infrastruktur-Anforderungen entwickelt, die durch Hybrid-Cloud-Computing gestellt werden. Das Herzstück des Servers, der Power10-Chip bietet eine bis zu dreimal höhere Energieeffizienz und Arbeitslastkapazität als POWER9. IBMs Power10 ist die erste Server-Serie überhaupt mit kommerziellen 7-nm-Prozessoren. Mit dem erklärten Ziel, Red Hat OpenShift zum Standard für die Hybrid Cloud zu machen, bringt IBM mit Power10 hardwarebasierte Kapazitätsverbesserungen und erhöhte Containersicherheit auf die IT-Infrastruktur-Ebene.
UMBs Erfahrung - IBM und UMB verbindet eine jahrzehntelange erfolgreiche Zusammenarbeit – garantiert unerreichtes Know-how, wenn es um Servertechnologie, die Cloud und um Rechenzentren geht. UMB ist der führende Schweizer Cloud Provider und der meistzertifizierte IBM-Partner der Schweiz. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie mehr wissen möchten.
[ii]New quantum computing breakthrough may be key to large-scale quantum chips | TechRadar
[iii]Harvard-MIT Quantum Computing Breakthrough – “We Are Entering a Completely New Part of the Quantum World” (scitechdaily.com)
[v]IBM's Roadmap For Scaling Quantum Technology | IBM Research Blog
[vi]IBM 'super-fridge' aims to solve quantum computer cooling problem - (techhq.com)
