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Draußen wärmt die milde Septembersonne eine idyllische Küste, und Kalifornien genießt einen weiteren perfekten Tag.
Drinnen herrschen an manchen Stellen minus 273 Grad Celsius, eine Kälte, die von der unmöglichen Physik der Quantenmechanik geprägt ist – einer Wissenschaft, in der Dinge gleichzeitig existieren, nicht existieren und auch etwas dazwischen sein können.
Dies ist Googles Quanten-KI-Labor, in dem Dutzende von superintelligenten Menschen in einem mit Kletterwänden und Elektrofahrrädern ausgestatteten Büro daran arbeiten, die nächste Generation von Computern zu entwickeln – eine Generation, die anders sein wird als alles, was die Nutzer derzeit in ihren Taschen oder Büros haben.
„Es handelt sich um eine neue Art von Computer, der die Quantenmechanik für seine Berechnungen nutzt und es uns ermöglicht, Probleme zu lösen, die sonst unmöglich wären“, erklärt Erik Lucero, leitender Ingenieur auf dem Campus in der Nähe von Santa Barbara.
„Es wird nicht Ihr Mobiltelefon oder Ihren Desktop ersetzen, sondern parallel zu diesen Dingen arbeiten.“
Die Quantenmechanik ist ein Forschungsgebiet, das nach Ansicht der Wissenschaftler eines Tages dazu beitragen könnte, die globale Erwärmung zu begrenzen, städtische Verkehrssysteme zu entwerfen oder wirksame neue Medikamente zu entwickeln.
Die Versprechungen sind so groß, dass Regierungen, Technologiegiganten und Start-ups auf der ganzen Welt Milliarden von Dollar in dieses Gebiet investieren und einige der besten Köpfe der Welt beschäftigen.
Die herkömmliche Datenverarbeitung basiert auf der Idee der binären Gewißheit: Zehntausende von „Bits“ von Daten, die jeweils eindeutig entweder „an“ oder „aus“ sind, dargestellt durch eine Eins oder eine Null.
Die Quanteninformatik nutzt die Unschärfe: Ihre „Qubits“ können gleichzeitig in einem Zustand von Eins und Null existieren, der als Superposition bezeichnet wird.
Die berühmteste Veranschaulichung einer Quantensuperposition ist Schrödingers Katze – ein hypothetisches Tier, das in einer Schachtel mit einer Giftflasche eingesperrt ist, die zerbrechen kann oder auch nicht.
Solange die Kiste geschlossen ist, ist die Katze gleichzeitig lebendig und tot. Sobald man jedoch in den Quantenzustand eingreift und die Kiste öffnet, ist die Frage nach dem Leben oder dem Tod der Katze geklärt.
Quantencomputer nutzen diese Ungewissheit, um viele scheinbar widersprüchliche Berechnungen gleichzeitig durchzuführen – ein bisschen so, als ob man in einem Labyrinth alle möglichen Wege auf einmal ablaufen könnte, anstatt sie nacheinander auszuprobieren, bis man den richtigen Weg gefunden hat.
Die Schwierigkeit für die Entwickler von Quantencomputern besteht darin, diese Qubits dazu zu bringen, ihre Überlagerung lange genug aufrechtzuerhalten, um eine Berechnung durchzuführen.
Sobald etwas mit ihnen interferiert – Rauschen, Schmutz, die falsche Temperatur – bricht die Überlagerung zusammen, und man erhält eine zufällige und wahrscheinlich unsinnige Antwort.
Der Quantencomputer, den Google den Journalisten vorstellte, ähnelt einer Steampunk-Hochzeitstorte, die kopfüber an einem Gestell hängt.
Jede Schicht aus Metall und gebogenen Drähten wird immer kälter, bis hin zur letzten Stufe, in der der handtellergroße Prozessor auf nur 10 Millikelvin, also etwa -460 Fahrenheit (-273 Celsius), abgekühlt wird.
Diese Temperatur – nur einen Hauch über dem absoluten Nullpunkt, der niedrigsten Temperatur, die im Universum möglich ist – ist für die Supraleitfähigkeit, auf die sich Googles Design stützt, unerlässlich.
Der Schichtkuchencomputer ist zwar nicht riesig – etwa eine halbe Person hoch -, aber die Geräte zur Kühlung nehmen einen beträchtlichen Teil der Laborfläche ein. Über dem Kopf schwirren Rohre, in denen sich Heliumverdünnungen komprimieren und ausdehnen, und zwar nach demselben Verfahren, das auch Ihren Kühlschrank kalt hält.
Aber … was macht das alles eigentlich?
Nun, sagt Daniel Lidar, ein Experte für Quantensysteme an der University of Southern California, es ist ein Gebiet, das viel verspricht, wenn es ausgereift ist, das sich aber noch im Kleinkindstadium befindet.
„Wir haben gelernt, wie man krabbelt, aber wir haben sicherlich noch nicht gelernt, wie man geht, springt oder rennt“, sagte er gegenüber AFP.
Der Schlüssel zu seinem Wachstum wird darin liegen, das Problem der Superpositionszusammenbrüche zu lösen – die Öffnung der Box mit der Katze -, um sinnvolle Berechnungen zu ermöglichen.
In dem Maße, in dem dieser Prozess der Fehlerkorrektur verbessert wird, könnten Probleme wie die Optimierung des Stadtverkehrs, die für einen klassischen Computer aufgrund der Anzahl der beteiligten unabhängigen Variablen – die Autos selbst – teuflisch schwierig ist, in greifbare Nähe rücken, sagte Lidar.
„Auf einem (fehlerbereinigten) Quantencomputer könnte man dieses Problem lösen“, sagte er.
Für Lucero und seine Kollegen sind diese zukünftigen Möglichkeiten die Kopfschmerzen wert.
„Die Quantenmechanik ist eine der besten Theorien, die wir heute haben, um die Natur zu erfahren. Dies ist ein Computer, der die Sprache der Natur spricht.
„Und wenn wir diese wirklich schwierigen Probleme lösen wollen, um unseren Planeten und Dinge wie das Klima zu retten, dann würde ich mir einen Computer wünschen, der genau das kann.“