Amazon zieht nach! Nach Google und Microsoft stellt AWS seinen neuen Quantencomputerchip „Ocelot“ vor!

Amazon Web Services AWS, die Cloud-Computing-Einheit des E-Commerce-Riesen Amazon (AMZN), hat am Donnerstag, den 27. Februar 2025, in einer Pressemitteilung seinen neuen Quantencomputerchip Ocelot vorgestellt und reiht sich damit in die Liste großer Technologiegiganten wie Alphabet (GOOG/GOOGL) und Microsoft (MSFT) ein, die alle eigene Forschungsbemühungen im Rennen um den ersten einsatzfähigen und kommerziellen Quantenchip begonnen haben. Die Aktien verloren in einem sehr schwachen Marktumfeld über 2,5 % auf 208,74 USD.

Was ist der Vorteil von Quantencomputer und wie funktionieren sie?

Führende Wissenschaftler und Experten sehen in Quantencomputern das große Potenzial, um ungeahnte Fortschritte für unsere Gesellschaft zu machen und Bereiche wie Medizin, Kryptografie und Materialforschung auf ein neues Level zu bringen. Herkömmliche Computer verwenden als Informationseinheit klassische Bits und können die digitalen Werte 0 oder 1 annehmen. Quantencomputer verwenden Quantenbits, auch Qubits genannt, die meist in Form von Elementarteilchen wie Elektronen oder Photonen vorkommen und durch gezielte elektromagnetische Impulse manipulierbar sind und damit theoretisch gleichzeitig den Wert 0 und 1 annehmen können. Mit dem Einsatz vieler solcher Qubits können komplexe und umfangreiche Probleme viel schneller und genauer berechnet werden.

Quantenchiprennen mit Alphabet und Microsoft ist eröffnet

Bereits Mitte Februar stellte Microsoft seinen neuen Typ von Quantenchip namens Majorana 1 vor, der mit Hilfe eines topologischen Supraleiters aus Indiumarsenid, einem Material, das auch in Infrarotdetektoren eingesetzt wird. Auf diese Weise konnte man einen völlig neuen Materiezustand erschaffen. Ein Artikel in der Zeitschrift Nature hat die Fortschritte dokumentiert. Im Dezember letzten Jahres hatte auch Google seinen neuen Quantencomputerchip namens Willow vorgestellt, um durch eine verbesserte Fehlerkorrektur die auftretenden Fehler exponentiell zu reduzieren. Willow besitzt eine Spitzenleistung und ist mit seinen 105 Qubits in der Lage ein Problem, für das der schnellste Computer bisher 10 Septillionen Jahre brauchen würde in weniger als fünf Minuten zu lösen. Damit sei der Weg für Quantencomputer geebnet. Nun steigt auch AWS in das Rennen der Quantencomputerchips mit ein und präsentiert mit Ocelot seine neueste Erfindung, ebenfalls nachzulesen in einem Forschungspapier in der Nature.

Ocelot verwendet ein neuartiges Chipdesign mit Katzenqubits

AWS möchte mit Ocelot, seinem Prototyp eines Quantencomputerchips, die Wirksamkeit der Quantenfehlerkorrektur testen. Für die Architektur von Ocelot habe man ein neuartiges Chipdesign verwendet, um die Fehlerkorrektur von Grund auf neu zu entwickeln. Dabei verwendet man "Katzen-Qubits" in Anlehnung an das Gedankenexperiment von Schrödingers Katze, bei der eine Katze in einer Kiste entweder tot als auch lebendig sein kann. Der Chip besteht aus zwei integrierten Siliziummikrochips, von denen jeder eine Fläche von einem Quadratzentimeter besitzt und in einem elektrisch verbundenen Chipstapel übereinandergelegt sind. Dünne Schichten aus supraleitendem Material bilden die Quantenschaltkreiselemente. Insgesamt hat der Ocelot-Chip 14 Kernkomponenten. Er beinhaltet fünf Katzenqubits, die als Datenqubits zum Einsatz kommen, weitere fünf zur Stabilisierung der Datenqubits und vier Qubits zur Erkennung von Fehlern in den Datenqubits. Die Katzenqubits speichern die für die Berechnungen wichtigen Quantenzustände durch den Einsatz von Oszillatoren, welche ein elektrisches Signal mit gleichbleibendem Timing erzeugen. Diese hochwertigen Oszillatoren wurden aus einem dünnen Film des supraleitenden Materials Tantal erstellt. Die Materialwissenschaftler von AWS haben dafür eine spezielle Methode entwickelt, um Tantal auf einem Siliziumchip zu verwenden und dadurch die Leistung zu verstärken. Diese Technologie kann in skalierbarer Weise mit Prozessen aus der Mikroelektronikindustrie hergestellt werden. Laut dem Blogeintrag von AWS sei Ocelot mit dieser neuartigen Architektur in der Lage die Kosten für die Quantenfehlerkorrektur im Vergleich zu bisherigen aktuellen Ansätzen, um bis zu 90 % zu senken.

Einsatz von Quantencomputern nur noch eine Frage der Zeit

"Angesichts der jüngsten Fortschritte in der Quantenforschung ist es nicht mehr die Frage, ob, sondern wann praktische, fehlertolerante Quantencomputer für reale Anwendungen verfügbar sein werden. Ocelot ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg. In Zukunft könnten Quantenchips, die nach der Ocelot-Architektur gebaut werden, aufgrund der drastisch reduzierten Anzahl an Ressourcen, die für die Fehlerkorrektur erforderlich sind, nur ein Fünftel der aktuellen Ansätze kosten. Konkret glauben wir, dass dies unseren Zeitplan für einen praktischen Quantencomputer um bis zu fünf Jahre beschleunigen wird. Wir glauben, dass die Skalierung von Ocelot zu einem vollwertigen Quantencomputer mit transformativem Einfluss auf die Gesellschaft nur ein Zehntel der Ressourcen benötigen, die für herkömmliche Verfahren zur Quantenfehlerkorrektur erforderlich wären.", sagte Oskar Painter, AWS-Direktor für Quantum Hardware.

Quantenchipsysteme sollen über AWS an Dritte vermietet werden

Amazon wird alles tun, um mit dem neuen Design hocheffiziente Hardwaresysteme zu entwickeln und zu bauen. Diese können dann über die Cloud-Abteilung AWS an Unternehmen aus der Wirtschaft vermietet werden, um bahnbrechende Technologiefortschritte erzielen zu können. Sollte es gelingen solch effiziente Systeme zu implementieren, dürften diese in einigen Jahren zu einem deutlichen Wachstum beim Cloudumsatz führen. Bereits jetzt können Forscher und Entwickler mit dem Dienst Amazon Braket auf Quantencomputer und -simulatoren anderer Unternehmen wie IonQ und Rigetti Computing zugreifen, um ihre Quantenalgorithmen auf AWS zu erstellen.

Der Autor Andreas Wimbauer ist in folgende Werte investiert: Amazon, Alphabet, Microsoft