Die 5-Millionen-Dollar-Frage
In einem Labor auf der Außenseite von Oxford wartet ein aus Cäsium-Atomen aufgebauter Quantencomputer, der in einem Lasergitter suspendiert ist, auf seinen Moment. Die Maschine ist kompakt genug, um aus dem Gebäude transportiert zu werden, aber leistungsfähig genug, dass ihr in Colorado ansässiger Eigentümer Infleqtion glaubt, dass sie $5 Millionen bei einem Wettbewerb in Marina del Rey, Kalifornien diese Woche gewinnen könnte. Der Preis gehört dem Team, das einen Quantenalgorithmus demonstrieren kann, der ein echtes Gesundheitsproblem löst, das herkömmliche klassische Computer nicht bewältigen können – eine Herausforderung so anspruchsvoll, dass selbst die Organisatoren des Wettbewerbs bezweifeln, dass jemand den Hauptpreis vollständig beanspruchen wird.
Der Wettbewerb ist Quantum for Bio (Q4Bio), betrieben von der gemeinnützigen Organisation Wellcome Leap. Er läuft seit 30 Monaten mit 12 Teams, von denen jedes $1,5 Millionen in Entwicklungsfinanzierung erhält. Sechs haben das Finale erreicht. Zusammen repräsentiert ihre Arbeit den bislang ernsthaftesten Versuch, die grundlegende Frage zu beantworten, die über dem gesamten Quantencomputer-Bereich hängt: können heutige fehlerhafte, fehleranfällige Maschinen etwas wirklich Nützliches für die Welt tun?
Eine Hybrid-Lösung, die niemand erwartet hatte
Der bedeutendste technische Befund aus Q4Bio könnte nicht sein, welches Team gewinnt, sondern wie jedes Team auf die Einschränkungen der aktuellen Quantenhardware reagiert hat. Angesichts von Prozessoren, die mit Rauschen kämpfen, begrenzten Qubit-Zahlen und hohen Fehlerquoten haben alle sechs Finalisten-Teams Hybrid-Quantum-Classical-Ansätze entwickelt – sie lagerten die meiste Berechnung an herkömmliche Prozessoren aus und nutzen Quantenhardware nur für die spezifischen Teilprobleme, bei denen klassische Methoden nicht skaliert werden.
Dies ist nicht das Quantencomputing aus früher populärer Vorstellung, wo Quantenmaschinen ganze Berechnungen selbst durchführen würden. Es ist etwas Praktischeres und Interessanteres: eine Arbeitsteilung zwischen Quanten- und klassischen Systemen, die die echten Stärken jedes nutzen. Klassische Computer behandeln die Teile des Problems, bei denen sie effizient sind; Quantenhardware behandelt die Teile, bei denen Quanteneffekte einen Vorteil bieten, der nicht klassisch repliziert werden kann. Der Hybrid-Ansatz hat auch algorithmische Fortschritte als Nebenprodukt erzeugt, die die Leistung von klassischem Computing verbessern – ein Befund mit Wert unabhängig davon, wie die Quantenkomponente letztlich abschneidet.
Die zu lösenden Probleme
Die Q4Bio-Teams arbeiten nicht an theoretischen Problemen. Das in Helsinki ansässige Algorithmiq hat in Zusammenarbeit mit Cleveland Clinic einen IBM-Superleitungs-Quantencomputer verwendet, um ein lichtaktiviertes Krebsmedikament zu simulieren – einen Photodynamische-Therapie-Wirkstoff, der sich bereits in Phase-II-Kliniktests für Blasenkrebs befindet. Die quantenberechnete Simulation wird es ermöglichen, das Medikament zur Behandlung zusätzlicher Krebstypen neu zu gestalten, eine Anwendung, die klassisch unmöglich zu modellieren ist, da die beteiligten Molekulardynamiken auf herkömmlicher Hardware rechnerisch unlösbar sind.
Sergii Strelchuk der Universität Oxford nutzt einen Quantencomputer, um genetische Vielfalt zwischen Menschen und Krankheitserregern durch graphbasierte Datenstrukturen abzubilden, die klassische Löser überfordern, wenn sie skaliert werden. Das System könnte verborgene Verbindungen in genomischen Daten aufdecken, die Behandlungspfade offenbaren, die derzeit für Standard-Bioinformatik unsichtbar sind. Und die auf Cäsium basierende Maschine von Infleqtion schürft im Cancer Genome Atlas nach Mustern, die den wahrscheinlichen Ursprung von metastasierten Krebsarten anzeigen – Informationen, die für die Behandlungsplanung klinisch entscheidend sind, aber aufgrund der Datengröße rechnerisch unzugänglich.
Selbst Misserfolg würde als Fortschritt zählen
Der Wettbewerbsdirektor von Q4Bio ist offen gewesen über die Wahrscheinlichkeit, dass jemand den $5-Millionen-Hauptpreis beansprucht. Die Herausforderung erfordert nicht nur einen nützlichen Quantenalgorithmus, sondern einen, der nachweislich ein Problem löst, das für klassische Computer unmöglich ist, auf Hardware mit 100 oder mehr Qubits laufen und strikte Leistungskriterien erfüllen muss. Angesichts des Zustands der Quantenhardware ist es eine außerordentliche Herausforderung, alle diese Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen.
Aber selbst wenn kein Team mit dem Hauptpreis nach Hause geht, hat der Wettbewerb etwas Wertvolles produziert: eine rigorose Abbildung, wo Quantencomputing wirklich zum Gesundheitswesen beitragen kann, und eine Reihe von Hybrid-Techniken, die sogar die Leistung auf klassischen Maschinen verbessert haben. Das Feld wurde durch die Disziplin transformiert, echte Probleme mit echten Maschinen zu lösen, anstatt auf theoretische zukünftige Hardware zu warten. Dieser Pragmatismus – die Akzeptanz der Grenzen heutiger Quantensysteme, während man Wege findet, echten Nutzen aus ihnen zu extrahieren – könnte Q4Bios wichtstes Erbe sein, unabhängig davon, wie das Preisgeld verteilt wird.
Dieser Artikel basiert auf Berichterstattung der MIT Technology Review. Lesen Sie den ursprünglichen Artikel.
