Computer von früher waren große, oft raumfüllende Geräte, doch die Hardware, an die wir uns heute gewöhnt haben, ist klein, sogar handlich, und in der Regel mehr als leistungsfähig genug für unsere Bedürfnisse. Wenn man jedoch an die leistungsstärksten Computer denkt, kommen einem vielleicht Bilder von riesigen, wuchtigen Rechenzentren in ländlichen Gegenden in den Sinn, die viel heiße Luft ausstoßen und viel Energie verbrauchen. Das trifft zwar auf die Rechenzentren vieler Unternehmen weltweit zu, aber wie sieht es mit dem tatsächlich leistungsstärksten Computer der Welt aus? Nun, er sieht nicht unbedingt so aus, wie man es erwarten würde.
Das ist Willow – der leistungsstärkste Computer der Welt.
Willow ist der leistungsstärkste Computer der Welt und befindet sich in einer Google-Einrichtung in Kalifornien, in den Vereinigten Staaten. Willow hat die Form eines Kronleuchters, ist jedoch so hoch wie ein Raum, schwebt in der Luft und verfügt weder über Bildschirme noch über Tastaturen. Er besteht aus einer Reihe runder Scheiben, die von ihrer Größe her Ölfässern ähneln; jede davon ist durch Hunderte schwarzer Kabel miteinander verbunden. Am unteren Ende befindet sich ein mit Helium gefüllter Kühler, der von einer Bronzehülle umgeben ist.
Willow beherbergt den kältesten Ort im bekannten Universum, der jemals von Menschen geschaffen wurde. Wie wir wissen, müssen Computer gekühlt werden, um ihre Leistungsfähigkeit zu maximieren und eine Überhitzung zu vermeiden. Der Heliumbad-Kühler im unteren Bereich ist der Ort, an dem der Willow-Chip schwebt – in einem Kühlsystem mit flüssigem Helium, gekühlt auf ein Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (etwa -273,14 °C oder 1 Millikelvin). Zwar wurden ähnliche Umgebungen bereits in Laboren geschaffen, doch in der Computer- und Technologiebranche ist dies nach wie vor unübertroffen.
Willow steht im Mittelpunkt des Google Quantum AI Lab in Santa Barbara, das von dem renommierten Quantenwissenschaftler Hartmut Neven geleitet wird.
Was wir über Willow wissen
Willow ist dank seiner unübertroffenen Quantencomputing-Leistung weltweit die einzige Technologie, die für Kryptowährungen, geheime Regierungsinformationen, Daten der internationalen Wirtschaft und die Finanzsicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Da es sich jedoch um Privateigentum von Google handelt, wird seine genaue Funktionsweise nicht öffentlich bekannt gegeben – denn würde sie von anderen übernommen werden, könnte dies schnell zu einem Verlust des Wettbewerbsvorteils führen.
Was wir jedoch über Willow wissen, ist mehr als beeindruckend. Willow ist der neueste Quantenchip, der von Google-Spezialisten entwickelt wurde, und hat bereits zwei wichtige Meilensteine in der Tech-Welt erreicht: Er hat bewiesen, dass Quantencomputer eine Rechenleistung erzielen können, die herkömmliche Computer nicht erreichen, und er hat eine vorgelegte Benchmark-Gleichung gelöst, für deren Berechnung der Vorgänger als „leistungsstärkster Computer“ etwa 10 Septillionen (das sind 25 Nullen am Ende!) Jahre gebraucht hätte … was älter ist als das Universum selbst.
Natürlich handelte es sich hierbei um ein theoretisches Problem, doch durch die Anwendung des Ergebnisses auf den „Quantum Echoes“-Algorithmus ist es Willow gelungen, die Struktur von Molekülen mithilfe derselben Technologie zu ermitteln, die auch in MRT-Geräten zum Einsatz kommt.
Auf diese Weise wird Willow in der Lage sein, seine Rechenkapazitäten an eine Vielzahl von Anwendungsbereichen anzupassen: darunter Medizin und pharmazeutische Forschung, Lebensmittelproduktion, Energieerzeugung und Energietransport. Dabei geht es um weit mehr als nur die Verarbeitung von Datenanfragen – es geht darum, die Natur besser zu verstehen und dieses Wissen zum Wohle der Menschheit einzusetzen. Die bisherige Entwicklung von Willow ist so beeindruckend, dass Mitglieder des Google Quantum AI-Teams gerade den Nobelpreis für ihre bahnbrechende Forschung erhalten haben.
Wie funktioniert Quantencomputing?
„Willow“ ist, genau genommen, der Name des Chips im Computer, der ihm seine Leistungsfähigkeit verleiht. Der Chip enthält 105 Qubits – zum Vergleich: Microsofts Quantenprojekt umfasst 8. Qubits (kurz für „Quantum Bits“) sind die Grundeinheit der Quanteninformation und funktionieren genauso wie ein herkömmliches Bit (0 oder 1). Qubits können jedoch gleichzeitig in beiden Zuständen existieren und somit äußerst komplexe Informationen speichern.
Quantencomputer funktionieren anders als herkömmliche Modelle. Bei der „klassischen“ Datenverarbeitung werden, wenn es tausend mögliche Antworten auf eine Frage gibt, diese nacheinander durchgespielt. Ein Quantencomputer hingegen öffnet alle Antworten gleichzeitig und untersucht jede einzelne sofort und parallel. Es ist unwahrscheinlich, dass sich diese Rechenleistung in absehbarer Zeit auf die Größe eines Smartphones oder Laptops skalieren lässt, doch die erzeugte Rechenleistung ist ohnehin nicht für den privaten Gebrauch bestimmt.
Wie Willow genau funktioniert und wie sie im Inneren aussieht, bleibt abzuwarten. Google wird seine Geschäftsgeheimnisse sicherlich so schnell nicht preisgeben.
Globaler Wettbewerb im Bereich der Quanteninformatik
Es ist keine Überraschung, dass weltweit ein Wettlauf um die Entwicklung einer Technologie im Gange ist, die Willow Konkurrenz machen kann. China hat rund 15 Mrd. US-Dollar in die Entwicklung von Quantencomputern investiert – ein Betrag, der vermutlich höher ist als die Summe aller staatlichen Programme der übrigen Welt zusammen. Tatsächlich hat China eine große Anzahl wissenschaftlicher Artikel und Forschungsarbeiten zum Thema Quanten veröffentlicht und bezeichnet die Quantentechnologie als einen zentralen Bestandteil seines Fünfjahresplans, der in Zusammenarbeit mit einem staatlichen Unternehmen umgesetzt wird.
Die Pionierforschung zu supraleitenden Qubits wurde im Vereinigten Königreich von britischen Wissenschaftlern durchgeführt, und es gibt nach wie vor mehrere Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die dort die Arbeit an der Quantenentwicklung fortsetzen. Die britische Regierung hegt weiterhin die Hoffnung, dass das Land weltweit die drittgrößte Macht auf diesem Gebiet werden wird.
Und wie geht es nun weiter?
Willows Kraft ist so beispiellos, dass sie allmählich existenzielle Fragen aufwirft, die bisher nur im Rahmen von Science-Fiction in Betracht gezogen wurden. Die Geschwindigkeiten, die sie erreichen kann, werden von manchen als Beleg für die Theorie der Existenz eines Multiversums gedeutet – was nahelegt, dass die Kraft irgendwie dadurch gewonnen wird, dass ein Paralleluniversum angezapft wird. Diese Art von Theorie war früher weitgehend auf einige obskure Ecken des Internets beschränkt, doch nun äußert sich sogar Hartmut Neven selbst dazu. Er wurde gegenüber der BBC mit den Worten zitiert: „Der Grund, warum Quantencomputer so leistungsfähig sind, liegt darin, dass sie innerhalb eines Taktzyklus zwei hoch 105 Kombinationen gleichzeitig durchspielen können. Das wirft die Frage auf, wo sich diese verschiedenen Dinge befinden. Es gibt eine Version der Quantenmechanik, über die man nachdenken sollte – die Viele-Welten-Theorie –, die von Paralleluniversen oder einer parallelen Realität spricht.“
Okay, das ist zwar noch nicht bewiesen, aber auf jeden Fall eine interessante Theorie – auch wenn sie ziemlich weit von den Fragen entfernt ist, mit denen wir uns in unserer IT-Abteilung tagtäglich beschäftigen.
Unabhängig davon, ob es nun ein Multiversum gibt oder nicht: Willow ist zweifellos die Speerspitze der weltweiten Computerentwicklung und wird – unter den Augen der ganzen Welt – wahrscheinlich immer beeindruckender werden.
