Das winzige Startup-Rennen mit Google, um einen Quantencomputer-Chip zu bauen

Die luftigen Berkeley-Büroräume des Startups Ablehnungen berechnen verfügt über drei Kühlschränke – aber nur einer von ihnen speichert Lebensmittel.

Die anderen beiden verwenden flüssiges Helium, um experimentelle Computerchips auf einen Bruchteil eines Grades vom absoluten Nullpunkt zu kühlen. Das zwei Jahre alte Unternehmen versucht, die Hardware zu bauen, die für den Betrieb eines Quantencomputers erforderlich ist, der jede herkömmliche Maschine schlagen könnte, indem er sich die Quantenmechanik zunutze macht.

Das Unternehmen will bis Ende 2017 einen Prototypen-Chip produzieren, der deutlich komplexer ist als die Chips anderer Gruppen, die an voll programmierbaren Quantencomputern arbeiten. Die folgende Generation von Chips sollte in der Lage sein, einige Arten des maschinellen Lernens zu beschleunigen und hochpräzise Chemiesimulationen durchzuführen, die neue Arten von industriellen Prozessen erschließen könnten, sagt Chad Rigetti, Gründer und CEO des Startups.

Die Chips, die wir auf den Markt bringen, werden in der Lage sein, sehr tiefgreifende Probleme zu lösen, sagt er. Als Beispiel nennt Rigetti das Haber-Bosch-Verfahren zur Herstellung von Ammoniak für die Düngemittelproduktion, das schätzungsweise 2 Prozent der weltweiten Energie verbraucht. Die Entwicklung eines effizienteren Katalysators für die Reaktion könnte äußerst wertvoll sein.

Rigetti will letztlich eine Art Quanten-Cloud-Computing-Service aufbauen, bei dem Kunden dafür bezahlen, dass sie Probleme auf den supraleitenden Chips des Unternehmens ausführen. Es arbeitet auch an Software, um es anderen Unternehmen zu erleichtern, Code für seine Quantenhardware zu schreiben.

Dieser Plan erfordert, dass Rigetti wissenschaftliche und technische Sprünge macht, die bisher staatlichen, akademischen und Unternehmenslabors entgangen sind. Obwohl Physiker die Grundlagen skizziert haben, wie Quantencomputer entworfen werden könnten und welche Vorteile sie bringen könnten, erweist sich ihr Bau als schwierig.

Ein von Rigetti Computing hergestellter Quantencomputerchip mit drei Quantenbits, die digitale Bits unter Verwendung von Quantenzuständen darstellen.

Es beinhaltet die Verdrahtung von Geräten, die als Qubits bezeichnet werden und digitale Datenbits darstellen, die empfindliche quantenmechanische Zustände verwenden. Genau wie die Grundkomponenten eines herkömmlichen Computers können sie entweder a 0 oder ein eins – aber sie können auch in einen Zustand eintreten, der effektiv beides gleichzeitig ist. Wenn Qubits in diesem Überlagerungszustand interagieren, können sie rechnerische Abkürzungen nehmen, die herkömmlichen Computern nicht zur Verfügung stehen.

Physiker haben Qubits auf verschiedene Weise hergestellt. Aber akademische und staatliche Forscher haben nur eine kleine Anzahl von Qubits dazu gebracht, zusammenzuarbeiten. Ein kanadisches Startup namens D-Wave hat einen Chip mit mehr als tausend Qubits an Kunden wie Lockheed Martin und Google verkauft, aber die Technologie hat noch nicht endgültig bewiesen, dass sie die Vorteile eines Quantencomputers bietet.

Qubits sind in Gruppen schwierig zu betreiben, da die Quantenzustände, die sie zur Darstellung von Daten verwenden, äußerst empfindlich sind und die Geräte sich gegenseitig stören. Laut Rigetti hat sein Unternehmen ein Qubit-Design ausgearbeitet, das stabil genug sein sollte, um hochskaliert zu werden, und das mit herkömmlichen Chip-Herstellungstechniken hergestellt werden kann.

Das Startup testet derzeit einen Drei-Qubit-Chip, der mit Aluminiumschaltkreisen auf einem Siliziumwafer hergestellt wird, und das Design, das nächstes Jahr erscheinen soll, sollte 40 Qubits haben. Laut Rigetti ist dies dank der von seinem Unternehmen entwickelten Designsoftware möglich, die die Anzahl der Prototypen reduziert, die auf dem Weg zu einem endgültigen Design gebaut werden müssen. Versionen mit 100 oder mehr Qubits könnten gewöhnliche Computer in Bezug auf Chemiesimulationen und maschinelles Lernen verbessern, sagt er.

Andere, die an Quantencomputern arbeiten, teilen die Überzeugung, dass die Qubit-Technologie endlich einen Punkt erreicht hat, an dem die Geräte in viel größerer Zahl kombiniert werden können. Der Leiter des Quantencomputerlabors von Google, das wie Rigetti supraleitende Qubits verwendet, hat prognostiziert, dass er in ein paar Jahren Chips mit etwa 100 zuverlässigen Qubits bauen kann (siehe Googles Quantum Dream Machine). Forscher bei IBM, am MIT Lincoln Lab und anderswo haben ebenfalls supraleitende Qubits von hoher Qualität entwickelt (siehe IBM zeigt einen Quantencomputer-Chip). Rigetti arbeitete zuvor in der IBM-Forschungsgruppe für Quantencomputer.

Dies ist eine sehr aufregende Zeit, sagt Daniel Lidar , Direktor des Center for Quantum Information Science and Technology an der University of Southern California. Dies ist nicht inkrementell; Wir sehen wirklich, dass verschiedene Gruppen, die mit supraleitenden Qubits arbeiten, große Fortschritte machen.

Es sei jedoch noch lange nicht klar, wann nützliche, großflächige Quantenchips hergestellt werden könnten, sagt Lidar. Ein ernsthafter Bauversuch bleibe ein teures Unterfangen, sagt er.

Die Gewinne aus dem Online-Werbegeschäft von Google ermöglichen es Google, enorme Ressourcen für sein Quantencomputerlabor bereitzustellen, wenn es dies wünscht. D-Wave, das einzige Unternehmen, das einen groß angelegten supraleitenden Qubit-Chip anbietet, beschäftigt über 100 Mitarbeiter und hat mehr als 120 Millionen US-Dollar von verschiedenen Investoren erhalten, darunter Amazon-Gründer Jeff Bezos und die CIA.

Rigettis Unternehmen hat bisher 5 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln aufgebracht und beschäftigt etwa 15 Mitarbeiter. Er argumentiert, dass die engen Grenzen eines Startups die beste Umgebung bieten, um die große Herausforderung der Skalierung der Qubit-Technologie zu lösen, und dass das Unternehmen bei Bedarf mehr Geld aufbringen und Mitarbeiter einstellen wird.

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