IBM hat gemeinsam mit mehreren Forschungspartnern drei Anwendungsfälle vorgestellt, in denen Quantencomputer klassischen Rechnern überlegen sein sollen. Nach Angaben des Konzerns lassen sich die erzielten Ergebnisse erstmals auch verlässlich überprüfen.
An den Demonstrationen waren neben IBM die Quantensoftware-Unternehmen Algorithmiq und Qedma sowie die University of Chicago beteiligt. Die Teams untersuchten drei unterschiedliche Szenarien, in denen Quantenprozessoren Berechnungen ausführten, die mit herkömmlichen Computern nicht mehr praktikabel zu bewältigen seien.
Damit beansprucht IBM gleich drei Beispiele für einen sogenannten Quantenvorteil. Von einem solchen Vorteil sprechen Fachleute, wenn ein Quantencomputer eine Aufgabe effizienter oder überhaupt erst lösen kann, während klassische Systeme an ihre Grenzen stoßen.
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Überprüfbarkeit als entscheidender Fortschritt
Die besondere Bedeutung der Experimente liegt IBM zufolge nicht allein in der Rechenleistung. Entscheidend sei vielmehr, dass sich die Resultate in allen drei Fällen verifizieren ließen. Das Unternehmen veröffentlichte die Ergebnisse in seinem Forschungsblog sowie in begleitenden wissenschaftlichen Manuskripten.
Die Überprüfung komplexer Quantenberechnungen gilt als eine der zentralen Herausforderungen des Forschungsfeldes. Viele der heute verfügbaren Quantensysteme sind noch experimentelle Plattformen. Zwar können sie bereits Berechnungen ausführen, doch bleiben die Aufgaben häufig einfach genug, um ihre Resultate mit klassischen Computern zu kontrollieren.
Sobald Quantenrechner jedoch Probleme bearbeiten, die selbst für Supercomputer zu aufwendig sind, entfällt diese direkte Vergleichsmöglichkeit. Forschende müssen deshalb neue Methoden entwickeln, um die Korrektheit der Ergebnisse dennoch nachvollziehbar zu machen. IBM und seine Partner wollen nun gezeigt haben, wie sich Quantenvorteil und Verifizierbarkeit miteinander verbinden lassen.
„Die drei Ergebnisse bilden ein Gerüst, mit dessen Hilfe wir beginnen können, den Ergebnissen von Quantenrechnungen Glauben zu schenken, indem wir das Vertrauen auf eine fundierte Theorie stützen“, erklärt Jay Gambetta, Direktor von IBM Research. Zusammengenommen zeigten die Demonstrationen, welche grundlegenden Kriterien notwendig seien, um die Entwicklung des Quantencomputings zuverlässig voranzutreiben.
Ob die vorgestellten Verfahren auch außerhalb kontrollierter Forschungsbedingungen überzeugen und sich auf praktisch relevante Aufgaben übertragen lassen, müssen weitere Untersuchungen zeigen. Dennoch könnten die Ergebnisse einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu belastbaren Anwendungen von Quantencomputern markieren.
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