"Quantencomputer könnten klassische Computer innerhalb von zwei Jahren bei der Beantwortung praktischer Fragen übertreffen, wie ein neues Experiment von IBM-Computern zeigt. Die Demonstration deutet darauf hin, dass es überraschend bald zu einer echten Quantenüberlegenheit kommen könnte, bei der Quantencomputer die klassischen digitalen Computer überholen.
„Diese Maschinen kommen“, sagte Sabrina Maniscalco, CEO des in Helsinki ansässigen Quantencomputer-Startups Algorithmiq, gegenüber Nature News.
In der neuen Studie, die am Mittwoch (14. Juni) in der Fachzeitschrift Nature beschrieben wurde, verwendeten Wissenschaftler den Quantencomputer Eagle von IBM, um die magnetischen Eigenschaften eines realen Materials schneller zu simulieren, als es ein klassischer Computer könnte. Dieses Kunststück gelang ihm, weil es ein spezielles Fehlerminderungsverfahren verwendete, das Rauschen, eine grundlegende Schwäche von Quantencomputern, kompensierte.
Im Gegensatz zu digitalen Computern nutzen Quantencomputer Quantenbits oder Qubits, die viele Zustände gleichzeitig annehmen können. Qubits beruhen auf Quantenphänomenen wie der Überlagerung, bei der ein Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren kann, und auf der Quantenverschränkung, bei der die Zustände entfernter Teilchen so verknüpft werden können, dass sich bei Änderung des einen Zustands sofort der andere ändert. Theoretisch können Qubits dadurch Berechnungen viel schneller und parallel dazu durchführen, als digitale Bits dies langsam und nacheinander tun würden.
Aber in der Vergangenheit hatten Quantencomputer eine Achillesferse: Die Quantenzustände von Qubits sind unglaublich empfindlich, und selbst die kleinste Störung durch die äußere Umgebung kann ihre Zustände – und damit die Informationen, die sie enthalten – für immer beeinträchtigen. Das macht Quantencomputer sehr fehleranfällig oder „verrauscht“.
Im 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 stellte sich heraus, dass bestimmte Faktoren, wie etwa Defekte im Supercomputing-Material, das in jedem Qubit erzeugte Rauschen zuverlässig vorhersagen konnten. Das Team nutzte diese Vorhersagen dann, um zu modellieren, wie die Ergebnisse ohne dieses Rauschen ausgesehen hätten, berichtete Nature News.
Behauptungen über die 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 dessen Lösung ein gewöhnlicher Computer 10.000 Jahre brauchen würde. Aber das damit gelöste Problem – im Wesentlichen das Ausspucken einer riesigen Liste von Zufallszahlen und die anschließende Überprüfung ihrer Genauigkeit – hatte keinen praktischen Nutzen.
Im Gegensatz dazu bezieht sich die neue IBM-Demonstration auf ein reales – wenn auch stark vereinfachtes – physikalisches Problem.
„Es macht Sie optimistisch, dass dies in anderen Systemen und komplizierteren Algorithmen funktionieren wird“, sagte John Martinis, ein Physiker an der University of California in Santa Barbara, der das Google-Ergebnis 2019 erzielte, gegenüber Nature News.
Mehr über den Meilenstein des Quantencomputings können Sie bei Nature News lesen."
