- DARPA nimmt vier Unternehmen in die C-Phase der Quantum Benchmarking Initiative auf.
- Quantencomputer nutzen Qubits, die mehrere Werte gleichzeitig speichern können und einen hohen Vorteil bieten.
- Die QBI umfasst drei Phasen mit dem Ziel, einen fehlertoleranten Quantencomputer zu realisieren.
- Derzeit testen die vier Unternehmen jeweils unterschiedliche Quantencomputing-Verfahren.
Die US-amerikanische Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) hat Atom Computing, Diraq, IonQ und IBM in die Validierungsphase C ihrer Quantum Benchmarking Initiative (QBI) aufgenommen. Der Einzug in Phase C bedeutet, dass diese Unternehmen beginnen werden, ihre Architekturen für fehlertolerantes Quantencomputing (FTQC) physisch zu testen; die Initiative plant, 2033 industriell skalierbare Quantencomputer bereitzustellen. Quantencomputing gilt als die nächste Grenze im Bereich der Computertechnik und könnte helfen, Probleme bei der Medikamentenentwicklung, der Materialforschung und dem Klimawandel zu lösen.
Herkömmliche Computer nutzen Binärbits, die nur die Werte 0 und 1 speichern können, während Quantencomputer Quantenbits (Qubits) verwenden, die mehrere Werte zwischen 0 und 1 gleichzeitig speichern und sogar Parallelberechnungen durchführen können. Das bietet große Vorteile, bringt aber auch eine neue rechnerische Herausforderung mit sich: die Anhäufung massiver Fehler. Wissenschaftler können Qubits auf verschiedene Weise erzeugen, doch hohe Fehlerraten bleiben die Hauptbeschränkung für großskalige Quantencomputer. Die QBI testet, ob diese Computer 2033 marktreif sein können.
Die drei Phasen der QBI
Die QBI umfasst drei Phasen, von denen jede ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu einem fehlertoleranten Quantencomputer ist. In Phase A werden Konzepte für Quantencomputing im Versorgungsmaßstab bewertet, um festzustellen, ob sie in naher Zukunft realisierbar sind. Teilnehmer, die Phase B erreichen, reichen Forschungs- und Entwicklungspläne bei der DARPA ein, die die Risiken der gewählten Methode und die geplanten Gegenmaßnahmen darlegen. In Phase C validieren und verifizieren die Teilnehmer ihre FTQC-Architekturen durch physische Tests, Systemmessungen und empirische Validierung in Zusammenarbeit mit der Regierung. Dies ist weder ein Wettbewerb um die beste Quantencomputing-Technologie noch eine kooperative Anstrengung der Unternehmen untereinander.
Das Hauptziel des Programms ist es, festzustellen, welche Ansätze 2033 den Versorgungsmaßstab erreichen können, was bedeutet, dass der rechnerische Ausgabe-Wert eines Quantensystems seine Kapital- und Betriebsausgaben übersteigt.
Die jeweiligen Ansätze der vier Unternehmen
Derzeit hat die DARPA vier Unternehmen zur Phase C hinzugefügt, wobei Microsoft und PsiQuantum bereits als Teil der „Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing“ (US2QC) an einem Pilotprogramm mit ähnlichen Zielen teilnehmen. Jedes der nun in Phase C befindlichen Unternehmen nutzt eine andere Quantencomputing-Methode.
Atom Computing nutzt neutrale Atome als Qubits; das vorgeschlagene System umfasst mehr als 1.200 in optischen Fallen gehaltene neutrale Atom-Arrays. Diraq hingegen verwendet Silizium-Spin-Qubits – einzelne Elektronen, die in winzigen elektrostatischen Gates gefangen sind. Das Unternehmen strebt die Validierung seiner in Foundries gefertigten 300-Millimeter-Wafer an, mit dem Ziel, bis 2031 mehr als zwei Millionen physische Qubits auf einem einzigen Wafer unterzubringen. IonQ setzt auf gefangene Ionen als Qubits und hat kürzlich seine Superion-256-Quantenverarbeitungseinheit (QPU) vorgestellt, die für den Einbau in Server-Racks konzipiert ist; geprüft wird, ob die Fertigungsfreundlichkeit den Versorgungszielen entspricht.
IBM verfolgt beim Quantencomputing einen Full-Stack-Ansatz, verwendet Transmon-Qubits als Hardware und entwickelt gleichzeitig Open-Source-Software, um diese Hardware zu betreiben und über die Cloud zugänglich zu machen.
QBI-Geschäftsführer Micah Stoutimore erklärte in einer Pressemitteilung: „Das Feld des Quantencomputing entwickelt sich rasant, und wir erwarten zunehmend, dass vor 2033 jemand einen Quantencomputer im Versorgungsmaßstab baut. Wir wissen noch nicht, welches Team oder welcher technologische Ansatz dieses Ziel erreichen wird. Daher bewertet die QBI jeden Pfad nach seinen jeweiligen Stärken und nimmt kontinuierlich vielversprechende neue Ansätze auf.“
Zukunft und Herausforderungen des Quantencomputing
Quantencomputing wird als Schlüsseltechnologie künftiger Rechenverfahren angesehen, die vielfältige komplexe Probleme lösen kann. Das QBI-Programm der DARPA ist nicht nur ein Treiber der technologischen Entwicklung, sondern auch ein wichtiger Meilenstein für die Kommerzialisierung des Quantencomputing. Trotz der derzeitigen Herausforderung hoher Fehlerraten führen die Unternehmen über unterschiedliche technologische Pfade physische Tests durch, was die Vielfalt und Wettbewerbsfähigkeit der Branche zeigt. Diese Bemühungen werden helfen, die effektivsten Quantencomputing-Methoden zu identifizieren und deren Skalierung auf Versorgungsniveau voranzutreiben, was letztlich technologischen Fortschritt und Anwendung fördert.