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Wir hätten mehr Quantencomputer, wenn es nicht so schwer wäre, die verdammten Kabel zu finden
Quantenmaschinen werden den nächsten großen Sprung nach vorne in der Computertechnik bringen, aber Forscher, die sie bauen, können einige der exotischen Komponenten, die sie brauchen, nicht so einfach bekommen. 17. Januar 2019
Universität von Kalifornien, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson verbringt viel Zeit damit, über Dinge wie supraleitende Kabel und unterkühlte Kühlschränke nachzudenken. Als Vizepräsident für Quantentechnik bei Ablehnungen berechnen , einem Startup, das Quantencomputer herstellt, ist Johnson dafür verantwortlich, die Komponenten zu finden und zu beschaffen, die zum Zusammenbau der Maschinen erforderlich sind.
Es ist eine Herausforderung, denn was einst eine esoterische, experimentelle Technologie war, verwandelt sich immer mehr in eine Mainstream-Technologie, die von großen Unternehmen wie IBM, Google und Chinas Alibaba sowie von ambitionierten Startups wie Rigetti und IonQ verfochten wird. Infolgedessen wächst die Nachfrage in einigen kritischen Bereichen viel schneller als das Angebot.
Beispielsweise kann es viele Monate – und manchmal ein Jahr oder länger – dauern, bis man spezialisierte Verdünnungskühlschränke bekommt, die auf Temperaturen gekühlt werden können, die kälter als der Weltraum sind, um bei der Herstellung von Quantenbits oder Qubits zu helfen, die der Schlüssel zu Quantencomputern sind. Energie. Ein weiterer Engpass, sagt Johnson, ist die spezielle Verkabelung, die zur Übertragung von Mikrowellensignalen benötigt wird, die Qubits steuern.
Die langen Vorlaufzeiten für die Beschaffung einiger Komponenten behindern den Fortschritt. Dies verlangsamt die Fähigkeit von Teams, parallel an der Forschung auf diesem Gebiet zu arbeiten, sagt Irfan Siddiqi, Professor an der University of California, Berkeley.
Exotische Technik
Ein großer Grund für die Kopfschmerzen ist, dass Quantencomputer einen Großteil der für klassische Maschinen entwickelten Infrastruktur nicht nutzen können. Sie basieren auf exotischen Prinzipien, und das bedeutet, dass sie wirklich exotische Hardware haben, bemerkt Chris Monroe, Professor an der University of Maryland und CEO von IonQ .
Im Gegensatz zu klassischen Bits, die entweder a darstellen können eins oder ein 0 sind Qubits Teilchen wie Atome oder Elektronen, die einen Quantenzustand von beiden einnehmen können eins und 0 gleichzeitig nehmen sie erst bei der Messung einen bestimmten Wert an. Sie können sich auch gegenseitig über einen fast mystischen Prozess beeinflussen, der als Verschränkung bekannt ist.
Diese Eigenschaften könnten es einer Quantenmaschine eines Tages ermöglichen, selbst den leistungsstärksten klassischen Supercomputer zu übertreffen. Aber die Herstellung und Verwaltung von Qubits ist immer noch eine enorme technische Herausforderung.
Rigetti konzentriert sich wie Google und IBM auf die Verwendung von Elektronen, die durch auf extreme Temperaturen gekühlte supraleitende Drähte fließen, was die Notwendigkeit von Verdünnungskühlschränken erklärt. Das Problem ist, dass diese riesigen Zylinder, die jeweils zwischen 500.000 und 1 Million Dollar kosten können, maßgefertigt sind, und Forscher sagen, dass nur wenige Unternehmen, wie BlueFors in Finnland und Oxford Instruments in Großbritannien, qualitativ hochwertige produzieren.
Die Kühlschränke benötigen auch eine Kombination von Gasen zur Unterkühlung, darunter Helium-3, ein Isotop von Helium, das laut Johnson unerträglich schwer zu finden ist. Es ist in der Regel ein Nebenprodukt der Nuklearforschung und der von Regierungen durchgeführten Waffenprogramme, die die Verfügbarkeit streng kontrollieren. Das Gas ist so selten, dass es für die Menge, die für einen Kühlschrank benötigt wird, bis zu 40.000 Dollar kosten kann.
Kabelunternehmen
Dann gibt es diese supraleitenden Kabel, die die Signale übertragen, die zur Steuerung von Qubits verwendet werden. Diese sind speziell dafür ausgelegt, sehr wenig Wärme zu leiten, damit sie den empfindlichen Quantenzustand der Qubits in den Kühlschränken nicht stören. Johnson sagt, dass nur ein Haupthersteller sie liefert, ein japanisches Unternehmen namens Coax Co.
Quantencomputer können auf andere Weise gebaut werden, die nicht auf Kryotechnik angewiesen sind, aber diese stehen vor ihren eigenen Herausforderungen. Monroes Firma etwa fängt einzelne Atome in elektromagnetischen Feldern auf einem Siliziumchip in einer Ultrahochvakuumkammer ein. Laser werden dann verwendet, um die atomaren Qubits zu steuern.
Damit der Prozess funktioniert, müssen auf dem Chip kleine Goldvorkommen vorhanden sein. Aber Standard-Silizium-Fertigungsanlagen oder Fabs sind nicht darauf ausgelegt, solche speziellen Anforderungen zu erfüllen. IonQ stellt ein Team zusammen, um eigene Designs zu entwickeln und externes Interesse an der Herstellung zu wecken.
Siddiqi von der UC Berkeley sagt, er verwende Reden auf Konferenzen wie DesignCon , eine große Veranstaltung für elektronische Komponenten im Silicon Valley Ende dieses Monats, um mehr Unternehmen zu ermutigen, sich für die Quantenindustrie zu interessieren. Der neue nationale Plan der USA zur Förderung der Quanteninformationswissenschaft und ein ähnlicher in Europa könnten ebenfalls zu mehr Aktivität bei potenziellen Anbietern führen.
Auch Start-ups könnten helfen. Ein junges Unternehmen in den Niederlanden, Delfter Rennstrecken , entwickelt bereits Technologien zur Überwachung und Steuerung von Qubits, einschließlich einiger Spezialkabel zur Übertragung von Mikrowellensignalen.
Jakob Kammhuber, Chief Technology Officer, sagt, dass sich Quantencomputer heute zwar auf die Verwaltung von etwa 100 Qubits ausdehnen, diese Zahl jedoch dramatisch ansteigen muss, damit die Maschinen wirklich nützlich sind, und dass schnell innovative Hardwarelösungen benötigt werden, um sie zu steuern.