Laut einem neuen Experiment von IBM können Quantencomputer innerhalb von zwei Jahren klassische Computer bei der Beantwortung praktischer Fragen übertreffen. Die Demonstration deutet darauf hin, dass die wahre Quantenüberlegenheit überraschend bald eintreten könnte, wenn Quantencomputer die klassischen digitalen Computer überholen.
„Diese Maschinen kommen“, sagte Sabrina Maniscalco, CEO des in Helsinki ansässigen Quantencomputer-Startups Algorithmiq, in einem Interview mit Nature News.
In einer neuen Studie, die letzten Mittwoch veröffentlicht wurde, verwendeten Wissenschaftler den Quantencomputer Eagle von IBM, um die magnetischen Eigenschaften realen Materials schneller zu simulieren, als es ein klassischer Computer kann. Dies wurde durch den Einsatz eines speziellen Fehlerreduktionsverfahrens erreicht, das Rauschen kompensierte – einen grundlegenden Nachteil von Quantencomputern.
Herkömmliche Computer, die auf Siliziumchips basieren, basieren auf „Bits“, die nur einen von zwei Werten annehmen können: 0 oder 1.
Im Gegensatz dazu verwenden Quantencomputer Quantenbits oder Qubits, die viele Zustände gleichzeitig annehmen können. Qubits basieren auf Quantenphänomenen wie der Überlagerung, bei der ein Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren kann, und der Quantenverschränkung, bei der die Zustände entfernter Teilchen so verknüpft werden können, dass sich durch die Änderung eines von ihnen sofort ein anderes ändert. Theoretisch können Qubits dadurch Berechnungen viel schneller und parallel durchführen, Dinge, die digitale Bits langsam und sequenziell erledigen würden.
Doch in der Vergangenheit hatten Quantencomputer eine Achillesferse: Die Quantenzustände von Qubits sind unglaublich empfindlich, und schon der kleinste äußere Einfluss kann ihren Zustand – und damit die darin enthaltenen Informationen – dauerhaft verändern. Dies macht Quantencomputer sehr fehleranfällig bzw. „verrauscht“.
In einem neuen Proof-of-Principle-Experiment berechnete der 127-Qubit-Supercomputer Eagle, der auf supraleitenden Schaltkreisen basierende Qubits verwendet, den vollständigen magnetischen Zustand eines zweidimensionalen Festkörpers. Anschließend maßen die Forscher sorgfältig das von jedem Qubit erzeugte Rauschen. Es stellt sich heraus, dass bestimmte Faktoren, wie etwa Defekte im Supercomputing-Material, das in jedem Qubit erzeugte Rauschen zuverlässig vorhersagen können. Das Team nutzte diese Vorhersagen dann, um zu modellieren, wie die Ergebnisse ohne dieses Rauschen aussehen würden.
Behauptungen über Quantenüberlegenheit sind schon früher aufgetaucht: Im Jahr 2019 behaupteten Google-Wissenschaftler, dass der Quantencomputer des Unternehmens, bekannt als Sycamore, ein Problem in 200 Sekunden gelöst habe, für das ein gewöhnlicher Computer 10 Jahre gebraucht hätte. Aber das Problem, das er löste – im Wesentlichen das Ausspucken einer riesigen Liste von Zufallszahlen und die anschließende Überprüfung ihrer Richtigkeit – hatte keine praktische Anwendung.
Im Gegensatz dazu befasst sich die neue Demonstration von IBM mit einem realen – wenn auch stark vereinfachten – physikalischen Problem.
„Es ist ermutigend, dass es in anderen Systemen und komplexeren Algorithmen funktionieren wird“, sagte John Martinis, ein Physiker an der University of California in Santa Barbara, der das Ergebnis erzielt hat. Google 2019, in einem Interview mit Nature News.
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