Microsoft will mit seinem neuen Majorana-1-Chip einen ersten Schritt hin zu einer Schnittstelle zwischen Mensch, Technik und Natur vollbracht haben. (Bild: Adobe Firefly, KI-generiert)

Probleme haben wir als Menschheit zu Genüge. Nicht selten wird Technik als Lösung ins Spiel gebracht, doch allzu oft bleibt auch das nur ein hohles Mantra. Microsoft stellt in einem neuen Paper einen Ansatz für einen Computer vor, der »einfach die Antworten« auf drängende Fragen gibt.

Der Prototyp eines neuartigen Chips soll das »Quantum-Zeitalter« einleiten. Denn der soll die Zeit bis zum Durchbruch der Quantencomputer massiv verkürzen.

Wir erklären euch, was Microsoft in seinen Laboren ausgetüftelt hat und weshalb der Konzern den Durchbruch mit dem der ersten Halbleiter von vor fast 80 Jahren auf eine Stufe stellt.

2:25 So werden Quantencomputer laut Intel die Welt verändern

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Meilenstein für Forschung, Entwicklung und Industrie

Quantencomputer können in Stunden Berechnungen bewältigen, für die Supercomputer mit herkömmlicher Hardware Jahrhunderte bräuchten. Der Quantencomputer simuliert die Welt nicht mit Schaltkreisen, sondern arbeitet innerhalb der Gesetze der Quantenphysik. Sie kommunizieren in der »Sprache der Natur«, wie Microsoft es verbildlicht. Doch sie sind bis heute nicht so praktisch einsetzbar, dass sie Unternehmen und Forschungseinrichtungen in der Breite wirklich helfen könnten.

Hier setzte Microsoft vor fast 20 Jahren an und entwickelte auf Basis eines damals noch theoretischen Teilchens eine komplett neue Art Bauteil für Quantencomputer: Den Majorana-1-Chip, bestehend aus Topokonduktoren. (via Nature).

Auf einen Chip könnten eines Tages bis zu 1 Million Qubits passen – weit mehr als bei bisherigen Modellen theoretisch möglich. Das ermögliche einen ähnlichen Sprung wie einst von Lagerhallen-großen Computern hin zu kleinen modernen PCs auf dem Schreibtisch oder sogar in der Hosentasche (via Microsoft).

Was sind Qubits? Obschon unsere Computer und Quantencomputer, ein Wortteil gemeinsam haben, nämlich Computer, sind sie grundverschieden. Letztere kennen nicht nur 0 und 1, sie arbeiten mit sogenannten Quantenbits (Qubits). Ein Qubit kann nur durch die Quantenmechanik korrekt beschrieben werden. Stellt es euch weniger wie eine Münze vor, die entweder Kopf oder Zahl (also 0 oder 1) zeigt, sondern wie eine Münze, die sich stetig dreht. Sie nimmt alle Zustände zeitgleich an, eine sogenannte Superposition.

Was sind Quantengatter? Quantengatter werden aus mehreren Qubits aufgebaut und sind die Grundbausteine eines Quantencomputers. Mit ihnen erzeugt er die Umgebung, aus der mittels komplexer Algorithmen Ergebnisse ausgelesen werden können.

Was kann ein Quantencomputer, das euer PC nicht schafft? Quantencomputer ersetzen unsere CPUs und GPUs in PCs, Macs, Tablets und Smartphones nicht, aber sie ergänzen sie perfekt. Denn sie verarbeiten sehr gut große Datenmengen.

Das gelingt durch ihre Fähigkeit, unzählige Operationen zeitgleich ablaufen zu lassen. Klassische CPUs arbeiten zwar schnell Aufgaben ab, aber immer nur eine nach der anderen. Quantencomputer sind die Multitasker schlechthin.

Deswegen sind sie für zahlreiche Anwendungsfelder interessant, wie medizinische Forschung, Wetter- und Klimamodelle, Materialforschung und viele weitere.

Kurzum: Immer wenn es darum geht, ein komplexes Problem mit unzähligen Variablen und Abhängigkeiten zu lösen, bieten Quantencomputer ein Potenzial, das mit klassischen CPUs und GPUs unerreichbar ist (via Karlsruhe Institute of Technology, Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF und Fraunhofer).

Das Majorana-Fermion, auf dem Microsofts Chip als weltweit erster aufbaut, bietet derweil überlegene Eigenschaften. Das exotische Teilchen galt schon seit Jahren als hoffnungsvoller Kandidat für die Quantencomputer der Zukunft, wie die Uni Basel detailliert begründet.

Letztendlich könnte also der aus Majorana-Fermionen bestehende Chip dafür sorgen, dass Quantencomputer:

kleiner,
günstiger,
transportabler,
schneller,
und weiter verbreitet zum Einsatz kommen.

Vorerst gehe es Microsoft aber nur um die Forschung in den USA, um die Technik weiterzuentwickeln und die Dichte an Qubits zu erhöhen. Erst bei einigen hundert Qubits pro Chip wolle das Unternehmen an einen kommerziellen Einsatz denken, so Jason Zander, Microsofts Vize-Präsident, gegenüber CNBC.

Künstliche Intelligenz + Quantencomputer = Superhelden-Duo

Vor allem in Kombination mit KI biete ein Quantencomputer auf Basis von Majorana-Fermionen ein unglaublich mächtiges Werkzeug. Von Microsoft heißt es hierzu:

Der Quantencomputer bringt der KI die Sprache der Natur bei, sodass sie Ihnen einfach das Rezept für das aufschreiben kann, was Sie bauen möchten.

Anstatt über Jahre hinweg unzählige Kleinstlösungen zu entwickeln, zu testen und immer wieder von vorn zu beginnen, soll Microsoft zufolge eine einzige, direkt funktionierende Lösung als Antwort auf eine Frage herauskommen.

Eine weitere Entwicklung im Feld der Quantencomputer kommt derweil aus Großbritannien: Teleportation, quasi also Beamen von Quantengattern. In Kombination mit Microsofts Entwicklung könnten so vielleicht gewaltige Netzwerke von modernsten Quanten-Rechenzentren entstehen, kurzum: das Internet der Zukunft.

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Komplett neu sind die Ideen von Microsoft zum Potenzial von Quantencomputern nicht. Was jedoch eine Revolution darstellen würde, ist die zeitliche Nähe. Denn anstatt wie bisher von Jahrzehnten, spricht der Konzern von Jahren, die es nur noch bräuchte, um entsprechende Super-Quantencomputer mit Majorana-Fermionen zu bauen. Gelänge dies, wäre es eine Revolution für die Wissenschaft. Es gäbe quasi kein Feld, das davon nicht profitieren würde.