Chinesische Wissenschaftler entwickeln einen Quantenprozessor, der 60.000-mal schneller ist als aktuelle Supercomputer

Das Rennen um die Entwicklung eines Quantencomputers, der einen herkömmlichen Supercomputer überflügeln kann, ist eröffnet, und Forscher aus der ganzen Welt sind mit Volldampf voraus. Wenn sie auf angemessene Größen skaliert werden, stellen Quantencomputer den größten Sprung nach vorne in der Datenverarbeitung seit Jahrzehnten dar und haben das Potenzial, unsere derzeitigen Maschinen im Staub zu hinterlassen, aber es bleiben noch erhebliche Hürden.

Jetzt hat ein Forscherteam aus China einen supraleitenden Quantenprozessor mit 66 funktionsfähigen Qubits entwickelt, der selbst die leistungsfähigsten Supercomputer in einem Bruchteil der Zeit fertigstellen konnte, wenn er mit einer komplexen Abtastaufgabe konfrontiert wurde. Was die Forschung so beeindruckend macht, ist, wie sie einen großen Sprung in Richtung Quantenprimat demonstriert, ein Meilenstein, bei dem Quantencomputer eine Aufgabe erfüllen, die für einen herkömmlichen Computer nicht machbar ist.

Die Forschung wird in Physical Review Letters veröffentlicht.

Das Team wird von Jian-Wei Pan an der University of Science and Technology of China geleitet, die sowohl diesen supraleitenden Prozessor als auch ein alternatives System entwickelt haben, das Photonik oder Licht verwendet. Um den Quantenprimat zu erreichen, wollte das Team „Sampling-Probleme“ als Rechenaufgabe verwenden, bei denen es sich um Probleme handelt, deren Lösungen nicht nur einzelne, sondern mehrere zufällige „Stichproben“ entlang einer Wahrscheinlichkeitsverteilung sind. Mit solch enormen potenziellen Ergebnissen ist es möglich, ein Stichprobenproblem zu schaffen, das ein herkömmlicher Computer nicht bewältigen kann, Quantencomputer jedoch können, und somit den Quantenprimat zu demonstrieren.

Zu diesem Zweck müssen Pan und Kollegen Quantenprozessoren hochskalieren. Quantencomputer verwenden Qubits, um Daten zu verarbeiten, und die Schaffung eines funktionsfähigen Quantensystems erfordert Quantenprozessoren mit mehr Qubits als derzeit möglich. Die größten Quantenprozessoren können derzeit etwa 50 Qubits verarbeiten, was hauptsächlich auf physikalische Einschränkungen des Chips zurückzuführen ist. Pans neuer abstimmbarer supraleitender Prozessor namens Zuchongzhi verfügt über 66 funktionale Qubits.

Als ihm ein extrem komplexes Sampling-Problem präsentiert wurde, das von den Forschern als zwei- bis dreimal anspruchsvoller eingeschätzt wurde als frühere Probleme, die Quantenprozessoren zugewiesen wurden, beendete Zuchongzhi es in 1,2 Stunden. Pan und Kollegen gehen davon aus, dass es 8 Jahre dauern würde, bis die leistungsstärksten Supercomputer dasselbe Problem gelöst hätten.

In diesem Fall verwendeten die Forscher nur 56 Qubits für das Sampling-Problem, das sind 3 Qubits mehr als ein früherer Anspruch auf Vorrang von Google. Allerdings erfordert selbst ein so kleiner Sprung weitaus mehr Rechenleistung für einen herkömmlichen Computer, was hoffentlich ihren Anspruch auf Vorrang festigt.

Jedes Mal, wenn Forscher die Vorrangstellung beanspruchen, stößt sie auf heftige Skepsis. Diese Skepsis beinhaltet den Gedanken, dass die idealsten Algorithmen für den Job nicht verwendet werden, wenn herkömmliche Computer gegen die Quantenoptionen ausgespielt werden, aber mit einer solchen Steigerung gegenüber früheren Behauptungen hoffen Pan und seine Kollegen, die Debatte über das Erreichen des Primats vollständig beizulegen.

Also, was hat das alles zu bedeuten? Erstens scheinen Quantencomputer in Bezug auf Sampling-Probleme endlich deutlich besser zu sein als herkömmliche Optionen. Das soll nicht heißen, dass sie jetzt schon praktikabel sind – es sind noch viel mehr Innovationen erforderlich, bevor Quantencomputer für tatsächliche Aufgaben eingesetzt werden, und dies wird wahrscheinlich nicht allzu bald geschehen. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass Quantenprozessoren für einige Rechenaufgaben die perfekte Lösung sind und in Zukunft in Nischenszenarien eingesetzt werden könnten.