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Microsoft gab bekannt, dass es gelungen sei, einen neuen Aggregatzustand zu nutzen, um die grundlegenden Bausteine eines Quantencomputers zu schaffen, und damit einen 20-jährigen Kampf an den Grenzen der Physik abgeschlossen habe, den viele in der Quantenwelt als undurchführbar abgetan hatten.
Der US-Technologieriese sagte, dass er glaube, durch diese Entwicklung bis zum Ende des Jahrzehnts einen praktischen Quantencomputer bauen zu können und letztendlich andere auf diesem Gebiet zu übertreffen.
Die Behauptung bringt eine neue Wendung im Wettlauf um die Schaffung einer neuen Form von fortschrittlicher Computertechnologie, der einige der größten US-Technologieunternehmen angezogen hat und zu einem zentralen Bestandteil des Kampfes um die technologische Führung zwischen den USA und China geworden ist.
Microsofts behaupteter Durchbruch folgt auf jahrelange Forschung zu einer Art von Partikeln, die einen vierten Aggregatzustand bilden, der sich von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen unterscheidet. Die Existenz der Partikel, bekannt als Majorana-Fermionen, wurde erstmals 1937 theorisiert, obwohl es den Wissenschaftlern schwer fiel, nachzuweisen, dass sie tatsächlich existieren.
Microsoft-Chef Satya Nadella sagte vor acht Jahren, dass die Arbeit an der Technologie das Unternehmen „an der Schwelle“ einer „quantenrevolution“ stehe. Doch erst 2022 waren die Wissenschaftler des Unternehmens in der Lage, Effekte aufzuzeichnen, von denen sie glaubten, dass sie durch die Partikel verursacht wurden.
Microsoft sagt, dass es den ersten Prozessor unter Verwendung von Majorana-Partikeln gebaut hat, genannt Majorana 1, der auf acht topologischen Qubits basiert © John Brecher
Die US-Technologiegruppe setzte auf die theoretischen Partikel, nachdem sie entschieden hatte, dass sie den besten Weg bieten, das größte Hindernis für den Bau einer praktischen Quantenmaschine zu überwinden. Während die Bits in einem traditionellen Computer Einsen oder Nullen repräsentieren, können die Qubits in Quantencomputern sowohl Einsen als auch Nullen gleichzeitig oder jeden beliebigen Zustand dazwischen repräsentieren.
Die meisten Arten von Qubits halten jedoch ihre Quantenzustände nur für winzige Bruchteile einer Sekunde, was bedeutet, dass alle Informationen schnell verloren gehen. Um dies zu kompensieren, werden für voll funktionsfähige Quantencomputer viele zusätzliche Qubits benötigt, um die für die Fehlerkorrektur erforderliche Software auszuführen.
Im Vergleich dazu sind die sogenannten topologischen Qubits, die Microsoft versucht hat, mit Majorana-Partikeln herzustellen, fehlerresistenter. Informationen werden über das gesamte Qubit gehalten, was bedeutet, dass selbst wenn Teile versagen, ein topologisches Qubit als Ganzes genügend Informationen behalten sollte, um es nützlich zu machen, sagte Sankar Das Sarma, Physikprofessor an der University of Maryland.
Diese größere Stabilität bedeutet, dass Microsoft wahrscheinlich nur etwa 100 zusätzliche Qubits zur Fehlerkorrektur für jeden voll funktionsfähigen Qubit benötigen wird, sagte Jason Zander, Executive Vice President für strategische Missionen und Technologien bei Microsoft. Das sind ungefähr ein Zehntel der Menge, die in Maschinen erwartet wird, deren Qubits auf anderen Materialien basieren.
Die neuesten von Microsoft veröffentlichten Daten, einschließlich einer in Nature veröffentlichten Studie am Mittwoch, stellen einen bedeutenden Durchbruch bei der Schaffung funktionsfähiger topologischer Qubits dar, sagte Das Sarma. Er sagte jedoch, dass es immer noch eine geringe Chance gebe, dass die Erkenntnisse des Unternehmens durch etwas anderes als die erfolgreiche Nutzung der schwer fassbaren Partikel erklärt werden könnten.
Microsofts langjährige Forschungsarbeit wurde durch Probleme bei der Herstellung von Komponenten, die in der Lage sind, die Partikel zu erzeugen und zu kontrollieren, geplagt. Das Unternehmen veröffentlichte 2018 gemeinsame Forschungsergebnisse mit einer Reihe von Universitäten, in denen behauptet wurde, die Partikel beobachtet zu haben, zog die Studie jedoch später zurück, nachdem Unstimmigkeiten in den Daten eingeräumt wurden.
Vor der jüngsten Ankündigung verglich ein langjähriger Investor im Bereich der Quantencomputertechnologie die ehrgeizige Forschung mit der Verfolgung der kalten Fusion, dem Versuch, eine Kernreaktion bei Raumtemperatur zu erzeugen, der zu einem Synonym für übertriebene wissenschaftliche Versprechungen geworden ist.
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Es kommt auch nur wenige Wochen nachdem der Nvidia-Chef Jensen Huang prognostizierte, dass nützliche Quantencomputer noch 20 Jahre entfernt seien – deutlich länger als von Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind, behauptet wird.
Als ein Zeichen des offiziellen Interesses der USA an der ambitionierten Technologie wählte Darpa, die Agentur des US-Verteidigungsministeriums, die für die Entwicklung fortschrittlicher Technologien zuständig ist, in diesem Monat Microsoft aus, um zu zeigen, dass es in der Lage ist, einen groß angelegten Quantencomputer zu bauen.
Das US-Startup PsiQuantum, das einzige andere von Darpa ausgewählte Unternehmen, verwendet Qubits auf Basis von Photonen und kündigte im letzten Jahr ein 620-Millionen-Dollar-Projekt zum Bau eines vollständigen Quantensystems in Australien an.
Neben den neuesten Forschungs- und Daten, die die Ansprüche von Microsoft an die Beherrschung von Majorana-Partikeln unterstützen, sagte das Unternehmen, dass es den ersten Prozessor unter Verwendung der Technologie gebaut habe.
Der Chip namens Majorana 1 basiert auf acht topologischen Qubits. Die winzige Größe jedes Bauteils bedeutete, dass es letztendlich möglich sein werde, bis zu 1 Million Qubits auf jedem Chip zu platzieren und damit einen voll funktionsfähigen Quantencomputer zu schaffen, sagte das Unternehmen.
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