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Neuer Quantencomputer übertrifft Supercomputer um Faktor 10^15

Ein neuer Quantencomputer namens Zuchongzhi-3 hat bei einer spezifischen Rechenaufgabe eine Geschwindigkeit erreicht, die 10^15-mal höher ist als die des schnellsten klassischen Supercomputers. Er übertrifft damit auch Googles Rekord.

John Woll, 04.03.2025 11:43 Uhr

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Chinas Quantenchip schlägt alle Supercomputer

Der an der Universität für Wissenschaft und Technologie China (USTC) entwickelte Zuchongzhi-3 verfügt über 105 Qubits und 182 Koppler. Qubits sind die Grundbausteine von Quantencomputern, vergleichbar mit Bits in klassischen Computern. Sie können jedoch nicht nur 0 oder 1 darstellen, sondern auch Überlagerungszustände annehmen, was komplexe Berechnungen ermöglicht.

Die Überlegenheit des Zuchongzhi-3 zeigte sich besonders bei einem sogenannten "Zufallsschaltkreis-Sampling-Test" mit 83 Qubits. Diese Aufgabe ist für klassische Computer extrem schwierig, da die Anzahl der möglichen Zustände mit jedem zusätzlichen Qubit exponentiell wächst. Der Quantencomputer konnte diese Aufgabe um 15 Größenordnungen schneller lösen als der derzeit leistungsstärkste Supercomputer. Während Googles Sycamore-Prozessor 2024 bereits beeindruckende Zahlen lieferte, übertrifft Zuchongzhi-3 dessen Leistung um sechs weitere Größenordnungen.

Technisch zeichnet sich der Zuchongzhi-3 durch eine Kohärenzzeit von 72 Mikrosekunden aus. Die Kohärenzzeit gibt an, wie lange Qubits in einem definierten Zustand bleiben, bevor sie durch Umwelteinflüsse gestört werden. Je länger diese Zeit, desto komplexere Berechnungen sind möglich. Zudem erreicht der Prozessor eine Gatter-Fidelity von fast 99,9 Prozent, was die Präzision der Qubit-Manipulationen beschreibt.

Quantenfehlerkorrektur

Die Forschergruppe der USTC plant, die Technologie weiter zu verbessern, insbesondere im Bereich der Quantenfehlerkorrektur. Hierfür sollen sogenannte Oberflächencodes eingesetzt werden, die Fehler in Quantenberechnungen erkennen und korrigieren können. Das Ziel ist es, die Stabilität und Zuverlässigkeit von Quantencomputern weiter zu erhöhen.

Die Entwicklung der schnellsten Quantencomputer

1998

Chuang, Gershenfeld und Kubinec realisieren einen 2-Qubit-Quantencomputer auf Basis von Kernspinresonanz in Chloroform-Molekülen, der den Grover-Algorithmus testet
2001

IBM erreicht mit einem 7-Qubit-Kernspinresonanzsystem die Faktorisierung der Zahl 15 via Shor-Algorithmus
2001

Forscher um Rainer Blatt in Innsbruck beginnen mit der Entwicklung segmentierter Ionenfallen
2003

Die segmentierten Ionenfallen führen den Deutsch-Jozsa-Algorithmus aus
2007

D-Wave Systems stellt den ersten kommerziellen adiabatischen Quantencomputer vor, speziell für Optimierungsprobleme konzipiert
2011

D-Wave One mit 128 Qubits wird verkauft
2015

D-Wave-2X mit 1.152 Qubits wird vorgestellt und demonstriert eine 15-fache Beschleunigung gegenüber klassischen Systemen bei bestimmten QUBO-Problemen
2016

IBM startet mit dem 5-Qubit-Prozessor "Tenerife" (99,9 Prozent Gate-Fidelität)
2018

Google stellt Bristlecone mit 72 Qubits vor und erreicht eine Zwei-Qubit-Gate-Fehlerrate von 0,6 Prozent
2019

Google erreicht Quantenüberlegenheit mit dem Sycamore-Prozessor (53 Qubits): Eine Zufallszahlen-Stichprobenaufgabe wird in 200 Sekunden gelöst - laut Google eine Aufgabe, für die der damalige Supercomputer Summit 10.000 Jahre gebraucht hätte
2020

IBM erreicht 27 Qubits mit einem Quantum Volume von 64
2020

Das Team um Pan Jianwei stellt den Jiuzhang vor, einen photonischen Quantencomputer, der beim gaussianischen Boson-Sampling 100 Billionen Mal schneller ist als der Supercomputer Fugaku (200 Sekunden vs. prognostizierte 2,5 Milliarden Jahre)
2020

Thomas Monz und Rainer Blatt demonstrieren die Gitterchirurgie zur Teleportation von Quantenzuständen zwischen kodierten Qubits
2022

In Jülich wird ein Quantenannealer mit 5000 Qubits in Betrieb genommen, speziell für Optimierungsprobleme in Materialwissenschaften und Logistik
2022

Der Supercomputer Summit zeigt, dass er Googles Sycamore-Aufgabe in 15 Stunden simulieren kann - allerdings mit einer 0,37 Prozent-Fehlerquote, während Sycamore selbst bei 0,2 Prozent lag
2023

IBM erreicht mit Condor einen Meilenstein von 1.121 Qubits
2023

Google erweitert Sycamore auf 70 Qubits und löst eine Aufgabe in Sekunden, für die der Supercomputer Frontier 47 Jahre benötigt hätte - eine 241-millionenfache Leistungssteigerung gegenüber der 53-Qubit-Version
2024
Dezember
Googles Willow-Chip mit revolutionärer Echtzeit-Fehlerkorrektur bewältigt eine Berechnung in fünf Minuten, die klassische Systeme laut Angaben 10 Quadrillionen Jahre (10^28 Jahre) benötigen würden

Zusammenfassung

Zuchongzhi-3 Quantencomputer ist 10^15-mal schneller als Supercomputer
105 Qubits und 182 Koppler ermöglichen komplexe Quantenberechnungen
83-Qubit-Zufallsschaltkreis-Test zeigt enorme Überlegenheit
Kohärenzzeit von 72 Mikrosekunden und Gatter-Fidelity von fast 99,9 Prozent
Forscher planen Verbesserungen in der Quantenfehlerkorrektur
Einsatz von Oberflächencodes zur Fehlererkennung und -korrektur geplant
Ziel ist Erhöhung der Stabilität und Zuverlässigkeit von Quantencomputern

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