Wahrscheinlich werden Sie selbst nie Quantenhardware nutzen, aber die Chancen stehen gut, dass Sie von Forschung profitieren, die ohne sie nicht möglich gewesen wäre. Die Einsen und Nullen herkömmlicher Computer könnten niemals die Art der Verarbeitung erreichen, zu der Quantencomputer fähig sind.
Die Möglichkeiten sind grenzenlos, doch es gibt eine wichtige Hürde: Wenn Menschen keinen tatsächlichen Zugang zu Quantencomputern haben, ist die Technologie kaum mehr als ein faszinierendes Wissenschaftsprojekt. Wenn Informatiker, akademische Forscher und andere keinen Zugriff auf die Hardware haben, wird das Fachgebiet nie den nächsten Schritt nach vorne machen.
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Die Antwort von IBM auf dieses Problem lautet: Cloud-Plattform namens IBM Q. Seit dem Start des Programms im Mai 2016 haben Benutzer die Möglichkeit, Quantenberechnungen zu nutzen, ohne direkten Zugriff auf einen Quantencomputer zu haben.
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Die Hardware selbst ist vielleicht nicht reichlich vorhanden – aber dank IBM Q, es ist allgegenwärtig.
Quantenaufbau
Ich traf Bob Sutor, den Vizepräsidenten für IBM Q-Strategie und -Ökosystem, auf einer überfüllten Ausstellungsfläche bei die IBM Think-Konferenz Im April. Wir standen nur wenige Zentimeter von einem Kryostat entfernt, einem Teil der komplexen Architektur, die Quantenberechnungen ermöglicht.
„Das eigentliche Quantengerät, die Qubits, leben in [einem Kryostat]. Dieser wird sehr nahe am absoluten Nullpunkt gehalten. 0,015 Kelvin. Das ist ein kleines bisschen über dem absoluten Nullpunkt, wo sich nichts bewegt.“
„Das eigentliche Quantengerät, die Qubits, leben hier“, sagte mir Sutor und zeigte auf ein kleines Fach an der Basis der Struktur. „Dies wird sehr nahe am absoluten Nullpunkt gehalten. 0,015 Kelvin. Das ist ein kleines bisschen über dem absoluten Nullpunkt, wo sich nichts bewegt.“
Die Kühlung ist ein gemeinsamer Faktor bei vielen Quantencomputerprojekten des letzten Jahrzehnts. Niedrige Temperaturen erleichtern die Aufrechterhaltung einer Umgebung, in der Verwicklungen stattfinden können. Es ist eine der größten Herausforderungen für Wissenschaftler und Ingenieure, die auf diesem Gebiet arbeiten: Wie können wir die Umgebung so kalt machen, dass die Hardware wie vorgesehen funktioniert?
Während der kälteste Abschnitt des Kryostats fast den absoluten Nullpunkt erreicht, herrscht an der Oberseite der Struktur eine relativ milde Temperatur von vier Grad Kelvin. Jeder Abschnitt wird von oben nach unten zunehmend kälter, ein Vorgang, der offenbar insgesamt 36 Stunden dauert. Sutor bezeichnet es als „verherrlichte Destille“ und bezieht sich auf die Art und Weise, wie Helium zur Durchführung eines Destillationsprozesses verwendet wird, bei dem Wärme ausgespült wird.
Dummy-Hardware
Als Sutor mit mir über diese komplexe Hardware spricht, räumt er ein, dass dieses spezielle Beispiel nicht tatsächlich zur Ausführung von Berechnungen als Teil der IBM Q-Plattform verwendet wird.
Er sagt mir, dass die Qubits gefälscht sind – „Warum einen unserer hochmodernen Chips in etwas stecken, das einfach herumwandert?“ - Und dass der Kryostat selbst etwas „robuster“ ist als der echte McCoy, um sicherzustellen, dass er beim Pressen nicht auseinanderfällt Tour.
„Warum einen unserer hochmodernen Chips in etwas stecken, das einfach herumläuft?“
Wir berichten seit Jahren für Digital Trends über Quantencomputing und es war immer noch faszinierend, die Hardware „im Fleisch“ zu sehen, auch wenn es sich eigentlich nur um eine Nachbildung handelte. Aber die Tatsache, dass IBM das Bedürfnis verspürt, eine physische Darstellung seiner Quantenbemühungen mit sich herumzutragen, sagt Bände über den aktuellen Stand dieser Technologie.
Quantencomputing war jahrelang kaum mehr als ein „Was-wäre-wenn?“, das Informatiker faszinierte. Dann war es ein Experiment. Jetzt befindet es sich in einem seltsamen Niemandsland und bietet Forschern einen direkten Nutzen, noch bevor es ein Versprechen gibt großer universeller Quantencomputer wurde erfüllt. Dennoch handelt es sich immer noch um eine relativ Nischentechnologie, auch wenn IBM sein Möglichstes tut, um sie zugänglich zu machen.
Das Gebiet des Quantencomputings entwickelt sich rasant weiter, aber es ist noch ein langer Weg, bis es sein Potenzial erreicht. Ein Teil der Herausforderung besteht darin, diese Ideen in die Tat umzusetzen.
Das Konzept selbst erforderte erhebliche Kenntnisse der Experimentalphysik, um in die Tat umzusetzen. Diese Arbeit musste durch technische Meisterleistungen gestützt werden – zum Beispiel durch die gewickelten Drähte, die Sie auf den Bildern sehen, die dies veranschaulichen Artikel wurden implementiert, um zu verhindern, dass die Hardware bei sinkenden Temperaturen und dem Metall selbst in Stücke bricht Verträge. Derzeit besteht die gewaltige Aufgabe darin, ein Ökosystem rund um die Technologie zu entwickeln.
Es brauchte ein Unternehmen mit der Stärke von IBM, um etwas, das leicht als wissenschaftliches Projekt hätte enden können, in eine umsetzbare und praktische Technologie umzuwandeln. Aber das ist jetzt eine Menge Grundlagenarbeit ist bereits abgeschlossen, liegt ein deutlicher Fokus darauf, wie diese Hardware zugänglich gemacht werden kann, und es wird gleichzeitig versucht, weiterhin schrittweise Verbesserungen vorzunehmen.
Von zu Hause aus arbeiten
„Vor ein paar Jahren war das ein Physikprojekt“, sagte Jerry Chow, Manager der experimentellen Quantencomputing-Gruppe von IBM, im Gespräch mit Digital Trends auf der Think-Konferenz. „Dazu musste man in einem Labor sein. Es ins Internet zu stellen war der erste Schritt.“
„Vor ein paar Jahren war das ein Physikprojekt. Dafür musste man in einem Labor sein. Es ins Internet zu stellen war der erste Schritt.
Er weist darauf hin, dass ein Teil der Absicht des über die IBM Q-Plattform angebotenen Fernzugriffs darin bestand, einen Teil der zugrunde liegenden Physik zu verbergen. Benutzer müssen nicht unbedingt wissen, welchen Beitrag der Kühlprozess leistet – oder wie der supraleitende Prozessor funktioniert. Die Unfähigkeit, die Technik des Quantencomputers vollständig zu verstehen, stellt keine Eintrittsbarriere dar.
Dies mag offensichtlich erscheinen, wenn man bedenkt, dass die meisten von uns Geräte wie Smartphones usw. verwenden Laptops auf täglicher Basis, ohne fundierte Kenntnisse darüber zu haben, was sich unter der Haube verbirgt. Der Unterschied besteht darin, dass funktionsfähige Quantenhardware im Vergleich unglaublich selten ist.
Mangelnde finanzielle Mittel oder technisches Fachwissen könnten brillante Forscher und herausragende Studenten davon abhalten, einen Quantencomputer für wichtige Arbeiten zu nutzen. Aber IBM Q stellt sicher, dass diese Personen auch dann einen Weg zu der Hardware haben, die sie benötigen.
Wir sprechen hier nicht von bloßem Zukunftspotenzial. Chow erzählt mir, dass 75.000 Benutzer über 2,5 Millionen Experimente auf der IBM Q-Plattform durchgeführt haben und als Ergebnis etwa 60 Forschungsarbeiten veröffentlicht wurden. „Das gibt es ein Papier aus Japan über die Verschränkung von 16 Qubits und wie man das tatsächlich machen würde“, sagt Sutor. „Das war das erste Mal, dass jemand das tatsächlich auf einer Maschine dieses Typs gemacht hat.“
Als die Idee von Quantencomputern zum ersten Mal in der breiten Masse aufkam, war eine der häufigsten Fragen, die Menschen stellten, wann sie damit rechnen könnten, dass ein solches System ihren PC ersetzen würde. Experten antworteten, dass derzeit unklar sei, ob diese Art von Hardware konkrete Vorteile gegenüber klassischen Computern bieten würde.
Wir sollten also nicht damit rechnen, in jedem Heimbüro einen Quantencomputer zu sehen – aber es scheint, dass wir kurzfristig auch nicht damit rechnen sollten, in jedem Informatiklabor einen zu sehen. Daraus folgt, dass in unserem vernetzten Zeitalter eine Spitzentechnologie nicht massenhaft eingeführt werden kann, solange nicht alle Probleme beseitigt sind.
Aufgrund der Beschaffenheit der IBM Q-Plattform können gewonnene Erkenntnisse sehr schnell in Verbesserungen für alle umgesetzt werden.
„Das Modell für den kurzfristigen Quantenverbrauch ist diese Art des Cloud-Zugriffs“, bemerkt Chow. Derzeit scheint der Fernzugriff auf Quantenhardware der effektivste Ansatz zu sein.
IBM legt seine Hardware in die Hände von Menschen, die gerade jetzt praktische Anwendungen finden, und das wird die Entwicklung mit Sicherheit prägen fortlaufende Weiterentwicklung des Quantencomputings.
Gleichzeitig bedeutet die Beschaffenheit der IBM Q-Plattform, dass gewonnene Erkenntnisse sehr schnell in Verbesserungen umgewandelt werden können, die sowohl der Länge als auch der Breite der Benutzerbasis zugute kommen.
Was hat IBM davon, seine Hardware Nutzern zugänglich zu machen, die sonst nicht mit einem Quantencomputer arbeiten könnten? Nun, die gesamten Erkenntnisse aus der Verwendung einer Quantenhardware wären auf zahlreiche Labore verteilt gewesen. Aber dank IBM Q fließt jetzt alles in ein eigenes Projekt ein. Erwarten Sie nicht, dass sich der Fortschritt in absehbarer Zeit verlangsamt.
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