«Der Ball liegt bei der Firma D-Wave»

Der Vorabdruck der Arbeit von Matthias Troyer und seinen Mitautoren auf dem Dokumentenserver arXiv wurde in Fachkreisen intensiv diskutiert, machte in der Presse Schlagzeilen und stiess bei der kanadischen Firma D-Wave auf heftige Kritik, Monate bevor das Wissenschaftsmagazin ?Science? das Paper jetzt online ver?ffentlicht. Die internationale Forschergruppe hat den von Google bei D-Wave gekauften Quantenrechner getestet und festgestellt, dass er nicht schneller ist als ein herk?mmlicher Computer (ETH-News berichtete).

ETH-News: Herr Troyer, die Firma D-Wave wirft Ihnen vor, Sie h?tten die falschen Tests ausgef¨¹hrt. Eine berechtigte Kritik?
Matthias Troyer: Es waren dieselben Tests, welche die Firma selbst in der Vergangenheit gemacht hat, um zu zeigen, dass ihre Maschine viel besser ist als ein klassischer Computer. Wir haben Testprobleme ausgew?hlt, die perfekt zur Hardware der Maschine passen. Dabei haben wir keinen sogenannten ?Speedup? gesehen. Das kann allerdings auch daran liegen, dass bei diesen Tests ein Quantenger?t gar nicht besser ist.

D-Wave behauptet, ihre Maschine sei f¨¹r schwierigere Anwendungen gebaut. Haben Sie dem Quantenger?t zu einfache Aufgaben gestellt?
Wir w?hlten schwierige, aber zuf?llige Testprobleme aus, die nicht direkt aus Anwendungen stammen. Denn die Maschine kann zurzeit gar keine schwierigen Anwendungsprobleme l?sen. Das hat mit ihrer Gr?sse und der Kopplung der so genannten Quantenbits zu tun, aus denen das Ger?t aufgebaut ist. Die 512 Quantenbits in der getesteten Maschine sind jeweils nur an diejenigen Quantenbits gekoppelt, die in der N?he liegen. F¨¹r die meisten Anwendungsprobleme braucht man aber viel mehr Quantenbits sowie idealerweise auch Kopplungen zwischen beliebigen Quantenbits. Der Ball liegt nun bei der Firma D-Wave. Wenn sie behauptet, wir h?tten die falschen Tests gemacht, soll sie zeigen, dass die Maschine schwierige Probleme tats?chlich besser l?sen kann als ein klassischer Computer. Unsere Arbeit zeigt, wie man solche Tests durchf¨¹hren muss, um verl?ssliche Aussagen zu machen.

Warum geben Firmen wie Lockheed Martin und Google ¨¹ber zehn Millionen Dollar aus f¨¹r ein Ger?t, von dem man nicht weiss, ob es einen Vorteil bringt?
Das ist nur auf den ersten Blick erstaunlich. Manche Unternehmen geben pro Tag viele Millionen Dollar aus, um Optimierungsprobleme zu l?sen. Auf solche Fragestellungen trifft man beispielsweise beim Planen einer Flugroute oder bei der Verbesserung eines Portfolios. Genau daf¨¹r wurde D-Wave gebaut. Die Maschine hat eventuell das Potential, diese Art von Problemen schneller zu l?sen als ein herk?mmlicher Computer. Man kann das vergleichen mit einer Berglandschaft, in der man das tiefste Tal finden will. Wenn man dies mit einer klassischen Maschine macht, muss man ¨¹ber die Berge klettern, um ein neues Tal zu finden. Mit einem Quantenger?t kann man den Berg untertunneln. Die Frage ist, ob das Untertunneln schneller geht als das Klettern. Wenn die Berge schmal und hoch sind, kann es helfen. Allerdings weiss niemand, wie diese Landschaft bei echten Anwendungsproblemen aussieht.

W¨¹rden Sie in D-Wave investieren?
Wenn ich ein Vertreter einer grossen Firma w?re, die sehr viele Optimierungsprobleme zu l?sen hat, w¨¹rde ich sagen: Man kann diese Hochrisiko-Investition machen. Doch noch weiss niemand, ob sich das auszahlt, denn es gibt noch einige H¨¹rden zu nehmen.

Die Herstellerfirma preist ihre Maschine als den weltweit ersten k?uflichen Quantencomputer an. Kritiker hielten dies anf?nglich f¨¹r eine unsinnige Behauptung. Hat die Stimmung inzwischen gedreht?
Am Anfang waren die Experten skeptisch. Jetzt ist die Frage nicht mehr, ob das Humbug ist oder nicht. Die Tests bei Lockheed Martin und Google haben gezeigt, dass die Maschinen funktionieren und dabei auch Quantenmechanik einsetzen. Das ist eine Leistung. Aber kann die Quantenmechanik bei der L?sung von Optimierungsproblemen tats?chlich helfen? Das ist jetzt die spannende, offene Frage.

Kann man D-Wave also wirklich als Quantencomputer bezeichnen?
Es ist eher ein Physikexperiment, ein Prototyp, der spezielle Probleme mit etwas Quantenmechanik l?st. Das Ger?t ist kein universeller Quantencomputer, der alles kann, aber als Spezialger?t kann man es Quantencomputer nennen ¨C so wie beispielsweise die Steuerungen f¨¹r ein Auto, einen Toaster oder K¨¹hlschrank Computer sind, die nur ein spezifisches Problem l?sen.

Warum befassen Sie sich mit D-Wave?
Diese Maschine existiert und niemand weiss, was sie macht und was diese Technologie kann. Anstatt zu spekulieren, ob sie funktioniert, kann man sie testen. Allerdings ist dies nicht einfach. Unser Paper zeigt, wie man korrekt und sauber testen kann, ob ein Quantenger?t tats?chlich besser abschneidet. Wir geben an, worauf geachtet werden muss und wo Fallen versteckt sein k?nnten. So ist beispielsweise D-Wave eine analoge Maschine. Das bedingt, dass man f¨¹r gr?ssere Probleme auch mehr Hardware, also mehr Quantenbits ben?tigt. Werden zwei unterschiedliche Ger?te verglichen, muss auch deren Hardware vergleichbar gross sein. Einem klassischen Computer muss man f¨¹r ein gr?sseres Problem daher auch mehr Hardware zugestehen.

Mit D-Wave hat eine Privatfirma den ersten Quantencomputer auf den Markt gebracht. Warum haben dies die Wissenschaftler, die seit langem in staatlich finanzierten Forschungslabors auf diesem Gebiet arbeiten, bisher nicht geschafft?
Um diese Maschine zu bauen, brauchte die Firma mehr als 100 Millionen Dollar. Dieses Geld kann eine akademische Forschungsgruppe nicht auftreiben. Wenn wir Forschungsantr?ge schreiben, m¨¹ssen wir Projekte haben, bei denen sich der Erfolg besser absch?tzen l?sst, die nicht mit einem solch hohen Risiko behaftet sind. D-Wave baute dieses Ger?t, obwohl der Ausgang des Projekts ungewiss ist. Als Forscher w¨¹rde man das nicht riskieren. Aber falls es klappt, ist die Konsequenz enorm. Das w?re ein Riesendurchbruch.