ist der praktische einsatz von quantencomputern in greifbarer nähe?
2024-10-05
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reference news network berichtete am 5. oktober, dass laut einem bericht der britischen wochenzeitung „new scientist“ vom 30. september einige aktuelle experimente darauf hindeuten, dass forscher möglicherweise bereits im jahr 2029 einen nützlichen quantencomputer entwickeln können.
dem bericht zufolge stellen die forscher fest, dass diese jüngsten experimente einen wichtigen meilenstein darstellen und markieren, dass wir in eine neue ära eintreten. „plötzlich scheinen wirklich nützliche geräte in reichweite zu sein wie nie zuvor“, sagt jamie vicari von der universität cambridge im vereinigten königreich.
im letzten jahrzehnt haben sich quantencomputerunternehmen hauptsächlich auf den bau immer größerer geräte konzentriert und dabei die anzahl der qubits im system schrittweise erhöht. qubits sind die grundeinheiten der quanteninformation, die durch physikalische systeme wie elektronenspin oder photonenpolarisation realisiert werden. doch qubits sind fehleranfällig und können in der realen welt verwendete algorithmen nicht zuverlässig ausführen.
nun scheinen sich die unternehmen auf den bau fehlerfreier qubits, sogenannter logik-qubits, zu konzentrieren. diese physikalischen qubits können fehler auf ein ausreichend niedriges niveau reduzieren, um algorithmen auszuführen, die mit der realen welt konsistent sind.
„dies markiert einen neustart und einen neuen maßstab für alles rund um das quantencomputing“, sagte vicari. „es ist aufregend, weil dies der moment ist, in dem quantencomputer anfangen, nützlich zu werden.“
im august veröffentlichten google-forscher einen artikel, der zeigt, dass beim aufbau logischer qubits durch das hinzufügen weiterer physischer qubits zu einem computer fehler nicht außer kontrolle geraten, sondern einen schwellenwert überschreiten. nach dem sprung werden die fehler im prinzip mit der skalierung des systems abnehmen. die idee besteht darin, die informationen auf eine gruppe von qubits zu verteilen, sodass ein fehler, der in einem qubit auftritt, keinen einfluss auf die gesamtberechnung hat.
dan brown vom university college london sagte: „die ideale situation wäre, die fehlerrate weiter zu reduzieren und die qualität der qubits bei gleichzeitiger skalierung zu verbessern. diese dinge gleichzeitig zu tun, ist sehr schwierig, aber was mich optimistisch stimmt, ist das von google.“ experiment ein beweis dafür, dass sie es versuchen.“
roberto bondesan vom imperial college london sagte jedoch, dass es bei der arbeit von google nicht darum gehe, berechnungen mithilfe von qubits durchzuführen – stattdessen zeigten die forscher, dass diese qubits als speicher fungieren können.
im september veröffentlichte eine weitere studie von forschern bei microsoft und dem quantencomputer-startup quantinum quantum computing eine kombination aus fehlerkorrigierenden qubits und computern. das team richtete verschiedene kombinationen von qubits ein, erzeugte vier logische qubits und führte dann grundlegende logische operationen am system durch, beispielsweise das umwandeln des werts des qubits von positiv in negativ.
„sie haben weniger fehlerkorrekturrunden, daher hat ihr quantenspeicher eine kürzere einschwingzeit, kann aber auch für einige berechnungen verwendet werden“, sagte bondesan.
der quantencomputer in der forschung von microsoft verwendet ein anderes hardware-design als das von google und verwendet eine reihe magnetisch eingefangener geladener teilchen anstelle supraleitender drähte.
dies ermöglicht den einsatz einer fehlerkorrekturtechnik, die qubits in einer komplexen geometrischen struktur (einem vierdimensionalen hyperwürfel) anordnet. „im prinzip können sie mehr logische qubits mit weniger physischen qubits kodieren. in diesem sinne ist es effizienter“, sagte bondesan.
andere forscher haben gezeigt, wie fehlerkorrektur in alternativeren quantencomputern durchgeführt werden kann. benjamin brock von der yale university in den usa und seine kollegen testeten eine fehlerkorrekturtechnik namens bose-codierung, die fehler über die schwingungen eines quantencomputers verteilt. dieses system verwendet keine qubits, sondern „hochdimensionale qubits“, die mehr werte als 1 und 0 annehmen können und theoretisch leistungsfähiger sind. darüber hinaus demonstrierten forscher des quantencomputerteams von amazon eine andere art der bose-kodierung namens „kategoriale qubits“, die, ähnlich wie die ergebnisse von google, zeigt, dass die fehler des systems mit zunehmender skalierung abnehmen.
„die ansätze von google und microsoft folgen eher dem mainstream-qubit-basierten quantencomputing, während die in den yale- und amazon-experimenten eingeführte bose-kodierung neuartiger und explorativer, aber auch sehr aufregend ist“, sagte brown.
brown sagte, die fehlerkorrektur habe bei einer reihe verschiedener designs und experimente funktioniert, was darauf hindeutet, dass frühere theoretische ergebnisse auf reale systeme anwendbar sein könnten. er sagte: „es gibt viele gute theoretische ideen zum fehlertoleranten quantencomputing und zur fehlerkorrektur, aber sie wurden nicht bewiesen, oder sie wurden nur in sehr begrenztem umfang oder auf sonderfälle bewiesen. die dinge haben sich wirklich verändert.“ wir haben in den letzten jahren eine reihe wichtiger meilensteine erreicht und verschiedene aspekte des fehlertoleranten quantencomputings demonstriert.
das tempo des fortschritts könnte jedoch gebremst werden und ein vollständig fehlertolerantes system außer reichweite bleiben, was die durch die optimistischen zeitpläne von google und ibm geweckten hoffnungen zunichte machen könnte. „ich wäre überrascht, wenn es sehr gut laufen würde“, sagte brown. „ich denke, es wird barrieren geben. jede dieser plattformen wird so weit skalieren, wie sie kann, bis sie auf eine barriere stößt. es ist schwer vorherzusagen, wo die barrieren entstehen werden.“ " ( zusammengestellt/xiong wenyuan)
