Laut IBM kann man den Berechnungen seiner überlegenen Quantencomputer nun vertrauen

IBM will die Überlegenheit seiner Quantencomputer nachgewiesen haben. Kritiker haben aber immer noch Zweifel

Laut drei neuen Studien des IT-Konzerns kann man nun den Berechnungen seiner Quantencomputer vertrauen, obwohl kein anderer Rechner die Ergebnisse reproduzieren kann. Unabhängige Experten nennen es einen soliden Fortschritt, «aber noch nicht den ganz grossen Wurf».

01.08.2026, 05.30 Uhr

5 Leseminuten

IBM sieht in Quantencomputern die Zukunft. Der CEO des IT-Konzerns, Arvind Krishna, sagte diese Woche gegenüber CNBC, die Investitionen in die Technologie könnten sich bereits im Jahr 2028 oder 2029 messbar auf Umsatz und Gewinn der Firma auswirken. Die Aussagen kommen, ein paar Wochen nachdem IBM den schlechtesten Börsentag seiner Geschichte erlebte. Im Juni hatte die Trump-Regierung dem Unternehmen Subventionen in Höhe von einer Milliarde Dollar zugesprochen. Damit will IBM den Bau einer brandneuen Fabrik für die Serienfertigung seiner Zukunftsrechner mitfinanzieren. Trump möchte, dass Amerika noch vor dem Ende seiner zweiten Amtszeit einen für die Wissenschaft nützlichen Quantenrechner baut.

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Bislang sind Quantencomputer aber erst im Entwicklungsstadium. Die neuartigen Rechner sollen dereinst bestimmte Probleme entweder exakter, schneller oder kostengünstiger als selbst die besten herkömmlichen Supercomputer lösen. Quantenprozessoren haben aber ein grundsätzliches Problem: Sie sind gegen kleinste Störungen empfindlich, wodurch sich dauernd Rechenfehler einschleichen. Um einen praktischen Nutzen aus den Quantenrechnern zu ziehen, müssen die Hersteller Wege finden, diese Fehler in Echtzeit zu korrigieren. Firmen wie IBM und Google hoffen, dieses Ziel bis zum Ende dieses Jahrzehnts zu erreichen.

IBM hat nun drei Studien vorgelegt, die zeigen sollen, dass ihre Quantencomputer einen nachweislichen Vorteil gegenüber klassischen Rechnern bieten. Zwei der Studien befassen sich mit Simulationen von Materialien. Die dritte ähnelt dem Experiment, mit dem Google im Jahr 2019 zum ersten Mal die «quantum supremacy» für sich beanspruchte.

Diesmal will IBM mit seinen Quantencomputern bei den gewählten Aufgaben nicht nur die schnellsten herkömmlichen Supercomputer überflügelt haben. Das Unternehmen behauptet auch, die Richtigkeit der Quantenberechnungen verlässlich überprüft zu haben. Das wäre ein wichtiger Schritt, um gerade unter Forschern Vertrauen in die Technologie aufzubauen.

Wenn der beste Rechner rechnet, wer überprüft die Berechnung?

Wie man sich überzeuge, dass ein Quantencomputer richtig gerechnet habe, sei eine der wichtigsten offenen Fragen auf diesem Forschungsfeld, sagt der Physiker Johannes Knörzer. Er forscht an der ETH Zürich im Quantum Device Lab von Professor Andreas Wallraff.

Das Problem der Verifizierung ist vor allem dann besonders schwer zu lösen, wenn ein Quantencomputer etwas berechnet hat, woran herkömmliche Rechner scheitern. Denn diese können dann die Berechnung naturgemäss nicht überprüfen. Es bleibt nur die Möglichkeit der indirekten Verifizierung.

Bei den gegenwärtigen fehlerbehafteten Quantencomputern ist eine solche Überprüfung besonders wichtig. Denn wenn sich die Berechnung über genügend lange Zeit erstreckt oder zu viele der störanfälligen Recheneinheiten – Quantenbits genannt – beansprucht, können sich die kleinen Fehler zu einem unbrauchbaren Ergebnis summieren.

In den drei jüngsten IBM-Studien verwendeten die Autoren Methoden der Fehlerreduktion. Dabei werden die Fehler des Quantenrechners auf ihre möglichen Ursachen zurückgeführt und nachträglich mit spezieller Software aus den Ergebnissen herausgerechnet. Solche Techniken funktionieren allerdings nur einigermassen gut, solange die Berechnungen relativ kurz und nicht allzu komplex sind.

Langfristig wird diese Form der Fehlerreduktion nicht ausreichen. Stattdessen sollen in Quantencomputern Verfahren der Quantenfehlerkorrektur zum Zug kommen. Diese korrigieren die Fehler mithilfe zusätzlicher Quantenbits in Echtzeit und liefern eine mathematische Garantie für die Genauigkeit der Berechnungen. Erst dann könnten Quantencomputer ihr Versprechen einlösen, bisher Unberechenbares berechenbar zu machen. So weit ist die Technologie aber noch nicht.

Wie man Quantenberechnungen überprüfen kann

Der ETH-Forscher Johannes Knörzer erklärt anhand einer Analogie, wie man Hinweise dafür bekommen kann, dass ein Quantencomputer nicht falsch gerechnet hat. «Stellen Sie sich vor, ich behaupte, dass ich die Blätter eines grossen Baums in einer Millisekunde zählen kann. Sie können das vielleicht unmöglich so schnell nachzählen, aber Sie können hingehen und fünf Blätter abpflücken. Wenn Sie mich dann auffordern, die Blätter erneut zu zählen, muss mein neues Ergebnis um fünf kleiner sein als beim ersten Mal.»

Auf ähnliche Weise könne man bei einem Quantencomputer das erwartete Ergebnis einer Berechnung um eine bekannte Grösse verändern und dann überprüfen, ob sich die beiden Resultate um die richtige Differenz unterschieden.

Das Problem sei allerdings, dass die Berechnung beide Male um die gleiche Grösse danebenliegen könne. Es wäre dann verkehrt, von der richtigen Differenz zwischen den Resultaten auf die Richtigkeit jeder einzelnen Berechnung zu schliessen.

Ausgedacht für den Quantencomputer

Einem ähnlich gelagerten Trugschluss könnten die Autoren von IBM und dem finnischen Quantensoftware-Startup Algorithmiq laut Joseph Tindall in einer der drei Studien erlegen sein. Tindall ist Physiker und forscht am Flatiron Institute in New York an quantenphysikalischen Simulationen mit konventionellen Supercomputern. Er denkt, dass die Resultate der genannten Studie systematische Fehler aufweisen könnten, die sich mit den verwendeten Techniken der Fehlerreduktion nicht aufdecken liessen.

In der fraglichen Studie untersuchten die Forscherinnen und Forscher von IBM und Algorithmiq ein Material, das laut ihnen in technologisch relevanten Anwendungen wie Batterie-Elektroden zum Einsatz kommen könnte. Man habe sich bewusst für ein Material entschieden, das nicht natürlich vorkomme, sondern erst entwickelt werden müsse, sagte die Geschäftsführerin von Algorithmiq, Sabrina Maniscalco, an einer Pressekonferenz.

In Wirklichkeit hätten sich die Autorinnen und Autoren jedoch ein Material ausgedacht, bei dem der Quantencomputer einen möglichst grossen Rechenvorteil haben würde, sagt Tindall. Er hatte die Forschenden von IBM und Algorithmiq in der frühen Phase des Studiendesigns unterstützt. Sie hätten mit einem Material angefangen, das mit herkömmlichen Methoden leicht zu simulieren gewesen sei, und hätten es Schritt für Schritt verändert, bis die klassischen Methoden versagt hätten, sagt Tindall.

«Am Ende ist die Fragestellung der Studie zu neunzig Prozent künstlich konstruiert, um dem Quantencomputer einen Vorteil zu verschaffen», sagt Tindall. Die Praxisrelevanz des Materials habe nur noch eine geringfügige Rolle gespielt.

«Noch nicht der ganz grosse Wurf»

Ein solches Vorgehen ist laut Tindall in den Forschungsarbeiten von Quantencomputerfirmen üblich. Tatsächlich zieht sich das Muster durch die grössten Ankündigungen der Branche seit dem ersten «Quantum supremacy»-Experiment von Google vor sieben Jahren. Fast immer suchen sich die Unternehmen Probleme aus, von denen sie sich versprechen, dass sie für klassische Computer zu schwer, für ihre Quantenrechner aber noch zugänglich sind. Schwierig sei es, Probleme zu finden, die auch noch echte Relevanz hätten, sagt Tindall.

Er bedauert zudem, dass IBM und seine Partner die drei jüngsten Studien als Anlass nähmen, um die Behauptung eines vermeintlichen Vorteils für die Quantencomputer aufzustellen. Die Studien seien sonst wissenschaftlich sauber, aber der Quantenvorteil sei damit noch nicht bewiesen. IBM und Algorithmiq weisen darauf hin, dass ihre Quantenberechnung seit acht Monaten öffentlich sei. Niemand habe bisher eine bessere Methode gefunden, um die gleiche Berechnung mit klassischen Computern zu knacken.

Auch der ETH-Forscher Johannes Knörzer hat eher verhaltenes Lob für die neuesten Studien übrig. Auf dem Weg zur verlässlichen Überprüfung von Quantenberechnungen stellten sie einen soliden Fortschritt dar, «aber noch nicht den ganz grossen Wurf».

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