Quantenprozessoren

Google zeichnet Quantenphysiker der Saar-Uni aus

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.

Prof. Frank Wilhelm-Mauch (Foto: Saar-Uni)

An der Saar-Uni arbeiten theoretische Physiker um den angehenden Doktoranden Tobias Chasseur und Prof. 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.

Um zu kontrollieren, ob Prozessoren richtig laufen, setzen ihre Entwickler meist auf Verfahren, mit denen sie sämtliche Rechenoperationen des Computers durchspielen, dabei Fehler aufdecken und beheben können. Auch bei künftigen Quantencomputern muss im Vorfeld getestet werden, ob ihre Prozessoren störungsfrei arbeiten können. Solch ein theoretisches Modell entwickeln nun Saarbrücker Physiker um Prof. Frank Wilhelm-Mauch und Tobias Chasseur.

„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.

Anzeige

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“, sagt Tobias Chasseur.

„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 32000 US-Dollar. Chasseur wird das Modell anschließend im Quantenrechner-Labor von Prof. 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 das Unternehmen Wissenschaftler, die an Themen forschen, die für das Unternehmen selbst und für die Informatik von großem Interesse sind.

Kontakt:
Prof. Dr. Frank Wilhelm-Mauch
E-Mail: fwm@lusi.uni-sb.de
Tobias Chasseur
E-Mail: tch@lusi.uni-sb.de

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige

Integriertes Datenmanagement

Ihre im Labor erzeugten Daten können Sie sicher und strukturiert in einem System sammeln. NEC und labfolder bieten ein Mittel für die effiziente Verwaltung großer wissenschaftlicher Datensätze an.

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

Integriertes Datenmanagement
Die Herausforderung bei der Digitalisierung des Laboralltags besteht im Wechsel von Papierlaborbüchern und Computerdateien zu einer Datenmanagementsoftware, die große Datensätze strukturiert innerhalb eines einzigen Systems sammelt.

Zum Highlight der Woche...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite