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Quantum Inside: Intel stellt einen exotischen neuen Chip her
Intel
Intel hat mit der Herstellung von Chips für Quantencomputer begonnen.
Die neue Hardware ist zu schwach, um viel echte Arbeit zu leisten, aber sie bietet ein starkes Signal dafür, dass die Technologie realen Anwendungen näher kommt. Wir [bewegen] Quantencomputing aus dem akademischen Bereich in den Halbleiterbereich, sagt Jim Clarke, Direktor für Quantenhardware bei Intel.
Während normale Computer Daten speichern und bearbeiten, indem sie binär dargestellt werden eins s und 0 s verwendet ein Quantencomputer Quantenbits oder Qubits und nutzt Quantenphänomene aus, um Daten in mehr als einem Zustand gleichzeitig darzustellen. Dies ermöglicht es, Informationen auf grundlegend andere Weise zu berechnen und einige parallele Berechnungen in der gleichen Zeit durchzuführen, die für die Durchführung einer einzigen erforderlich wäre.
Quantencomputing ist seit langem ein akademisches Kuriosum, und es gibt enorme Herausforderungen für den zuverlässigen Umgang mit Quanteninformationen. Jetzt wächst jedoch das Gefühl, dass die Technologie innerhalb weniger Jahre aus Forschungslabors hervorgehen könnte (siehe 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers ).
Intels Quantenchip verwendet supraleitende Qubits. Der Ansatz baut auf einem bestehenden elektrischen Schaltungsdesign auf, nutzt jedoch ein grundlegend anderes elektronisches Phänomen, das nur bei sehr niedrigen Temperaturen funktioniert. Der Chip, der 17 Qubits verarbeiten kann, wurde in den letzten 18 Monaten von Forschern in einem Labor in Oregon entwickelt und wird in einer Intel-Anlage in Arizona hergestellt.
Die Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit durchgeführt QuTech , ein niederländisches Unternehmen, das aus der Universität Delft hervorgegangen ist und sich auf Quantencomputer spezialisiert hat. QuTech hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung stabilerer Qubits gemacht. Intel investierte 2015 50 Millionen US-Dollar in QuTech.
Die Intel-Forscher passten das bestehende 300-Nanometer-Flip-Chip-Prozessordesign des Unternehmens an, um die Feinheit der Quantenverarbeitung zu unterstützen. Das bedeutet, dass die Prozessoren bei extrem niedrigen Temperaturen arbeiten müssen und unempfindlich gegen Funkfrequenzstörungen sein müssen. Die Qubits sind nur bei extremer Kälte stabil, und die Forscher modifizierten die Materialien, das Schaltungsdesign und die Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten.
Intel ist nicht das einzige Unternehmen, das daran arbeitet, Quantencomputer praxistauglich zu machen. Google, IBM, Microsoft und andere drängen auch darauf, die erste Quantenmaschine zu entwickeln, die echte Arbeit leisten kann.
Intel ist relativ spät im Spiel, aber das Unternehmen setzt darauf, dass seine Fertigungskompetenz ihm helfen kann, seine Konkurrenten einzuholen oder zu übertreffen. Laut Clarke hat sich das Unternehmen 2014 entschieden, sich auf Quantencomputing zu konzentrieren, da es den Fortschritt mit bestehenden Herstellungsmethoden beschleunigen könnte. Intel ist der einzige Akteur, der über fortschrittliche Fertigungs- und Verpackungstechnologien verfügt, sagt er (siehe Intel Bets It Can Turn Everyday Silicon into Quantum Computing’s Wonder Material).
Mit zunehmender Leistungsfähigkeit von Quantenchips sollten diese Geräte einen Wendepunkt erreichen, an dem bestimmte Arten von Berechnungen viel schneller werden können. Dies sollte Bereiche wie Chemie und Materialwissenschaften am unmittelbarsten betreffen, indem es eine immens komplexe molekulare Modellierung ermöglicht. Aber die neuen Fähigkeiten könnten auch eine Reihe neuer Ideen hervorbringen.
In letzter Zeit besteht die Hoffnung, dass Quantencomputer zur Beschleunigung des maschinellen Lernens eingesetzt werden könnten. Mehrere neue Algorithmen wurden für vorgeschlagen Quantenmaschinelles Lernen , aber bei jedem bleiben erhebliche Herausforderungen bestehen.
Jim Held, Director of Emerging Technologies bei Intel Labs, sagt, dass das Unternehmen neben seiner Forschung an Hardware auch Algorithmen erforscht. Wir denken, dass es große Entwicklungen gibt, hybride Algorithmen zu haben, die die besten klassischen Fähigkeiten mit den Stärken von Quantencomputern nutzen können, sagt er.
Hartmut Neven , der das Quantencomputing-Projekt von Google leitet, hat angekündigt, dass das Unternehmen bis zum nächsten Jahr ein 49-Qubit-System bauen wird. An diesem Punkt wäre die Maschine in der Lage, Berechnungen durchzuführen, die auf einem herkömmlichen Supercomputer, einem so genannten Benchmark, nicht simuliert werden könnten Quantenüberlegenheit .