Wir haben immer von der Nützlichkeit eines Quantencomputers als Prophezeiung einer fernen Zukunft gehört. Diese Woche veröffentlichten Wissenschaftler von IBM jedoch die Ergebnisse einer Studie, die uns dieser Zukunft ein Stück näher bringt.
Die diese Woche in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie (Ich verlinke es dir hier) vergleicht einen „klassischen“ Supercomputer und einen Quantencomputer mit über 100 Qubits, um die Nützlichkeit des letzteren zu bewerten.
Das „Schlachtfeld“? Die Simulation physikalischer Gesetze.
Wenn ein Künstler Ton formt, könnte eine der ersten Aufgaben, die den Nutzen des Quantencomputings zeigt, darin bestehen, Komponenten von Materialien zu modellieren, die klassische Computer nie effektiv simulieren konnten.
Dies hätte enorme potenzielle Auswirkungen, von der Entwicklung effizienterer Düngemittel über die Entwicklung besserer Batterien bis hin zu Durchbrüchen in der Medizin.
Rückblick: Was macht einen Quantencomputer so besonders?
Nun, während ein klassischer Computer „binäre“ Informationen als Zahl Null oder Zahl Eins liest, ist der Quantencomputer kann beide gleichzeitig lesen. Dies macht es theoretisch viel effektiver bei der Lösung bestimmter Probleme, wie etwa der Suche in einer ungeordneten Datenbank … oder der Simulation natürlicher Phänomene.
Natürlich ist die Entwicklung eines Quantencomputers, der irgendeinen Nutzen hat, kein Kinderspiel. Qubits, Quantenäquivalente klassischer Bits, reagieren sehr empfindlich auf Rauschen und Störungen aus der Umgebung, was zu Berechnungsfehlern führen kann. Und je größer Quantenprozessoren werden, desto mehr können sich auch diese Fehler anhäufen. Wie kann man sie überwinden?
Die Studie soll dem Quantencomputer einen Nutzen verleihen
IBM-Forscher arbeiteten mit einem 127-Qubit-Eagle-Quantenprozessor, um die Spindynamik eines Materials zu modellieren und Eigenschaften wie seine Reaktion auf Magnetfelder vorherzusagen. Sie erzeugten große, verschränkte Zustände, in denen bestimmte simulierte Atome miteinander korreliert sind. Und dank einer Technik namens „Zero Noise Extrapolation“ gelang es ihnen, das Rauschen zu trennen und die tatsächliche Antwort zu erhalten.
Um sicherzustellen, dass die vom Quantencomputer erhaltenen Antworten nützlich und zuverlässig sind, führte ein anderes Wissenschaftlerteam der UC Berkeley dieselben Simulationen auf einer Reihe klassischer Computer durch und erhielt übereinstimmende Ergebnisse.
Der (zukünftige) Nutzen des Quantencomputings
Obwohl klassische Computer für diese Art von Problemen eine Obergrenze haben, insbesondere wenn die Modelle komplexer werden, versucht der IBM-Quantenprozessor immer noch, die Quantenüberlegenheit zu erreichen. Aber gezeigt zu haben, dass es auch bei „Rauschen“ nützliche Antworten liefern kann, ist eine bemerkenswerte Leistung.
„Was wir beobachtet haben, ist beispiellos: Quantencomputer haben es geschafft, ein natürliches physikalisches System präziser zu modellieren, das fortgeschrittener ist als klassische Methoden“, sagte er Dario Gil, Senior Vice President und Direktor von IBM Research. „Dieser Erfolg stellt einen wichtigen Schritt dar, um zu zeigen, dass aktuelle Quantencomputer gültige wissenschaftliche Werkzeuge sind, die in der Lage sind, extrem schwierige Probleme zu lösen, die für klassische Systeme vielleicht unmöglich sind.“ Wir treten jetzt in eine neue Ära der Nützlichkeit des Quantencomputings ein.“
Was sagst du? Hat er recht?
