Quantenüberlegenheit
Mit Quantenüberlegenheit (englisch Quantum Supremacy) wird die Überlegenheit von Quantencomputern gegenüber klassischen Supercomputern bei der Lösung eines komplexen Problems bezeichnet. Gemeint ist der Zeitpunkt, ab dem ein Quantencomputer eine Aufgabe in akzeptabler Zeit lösen kann für die ein Computer, dessen Technik auf herkömmlicher Digitaltechnik basiert, eine nicht realisierbare Rechenzeit benötigen würde (unabhängig von der Nützlichkeit des Problems).[1][2] Da an der Quantencomputertechnik intensiv geforscht wird und neuartige Quantencomputer bestimmte Aufgaben potenziell schneller lösen können, war es eine Frage der Zeit, ab wann Quantenüberlegenheit eintreten würde.
Bezeichnung und Funktionsweise
Geprägt wurde der Begriff durch den theoretischen Physiker John Preskill (2012),[3][4] die Idee, dass es eine solche Überlegenheit geben könnte, geht aber auf den Mathematiker Yuri Manin (1980) und den Physiker Richard Feynman (1981) zurück.[5]
„Der Quantencomputer kann bestimmte, besonders schwierige und komplexe Aufgaben in einer annehmbaren Zeit lösen, für die ein klassischer Rechner unpraktikabel lange Zeit benötigt. Er kann Lösungen finden, die bislang trotz Supercomputer unzugänglich blieben.“
Bei bestimmten Rechenaufgaben steigt bei klassischen Computern mit zunehmender Anzahl an Möglichkeiten der Rechenbedarf exponentiell, bei Quantencomputern hingegen eher linear. Quantencomputer sind beispielsweise beim Shor-Algorithmus (Primfaktorzerlegung) und Grover-Algorithmus (Suche in riesigen unsortierten Datenmengen) klassischen Computern überlegen. Möglich wird die hohe Rechenleistung einerseits durch Superposition von Qubits, also der Überlagerung von Zuständen von Teilchen[6] und andererseits durch Quantenverschränkung.
Geschichte
Am 23. Oktober 2019 proklamierten Google-Forscher in einem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel, Quantenüberlegenheit erreicht zu haben.[7] Der von Google entwickelte Quantenprozessor Sycamore, der funktionierende 53 Qubits enthält, habe ein Problem in 200 Sekunden gelöst, für das der fortschrittlichste Supercomputer Summit von IBM etwa 10.000 Jahre gebraucht hätte.[7][8] Der Konkurrent IBM bezweifelt das. Googles Rechnung enthalte einen Fehler. IBM zufolge könnten klassische Systeme dieses Problem in etwa 2,5 Tagen lösen.[9][4]
Im Dezember 2020 verkündeten chinesische Forscher, dass ihr Quantencomputer-System Jiuzhang Quantenüberlegenheit erreicht hat. Als photonisches System mit bis zu (Peak) 76 Qubits weist es eine Reihe von Vor- und Nachteilen gegenüber dem elektronischen Sycamore auf.[10][11][12]
Literatur
- Durchbruch bei Quantenrechnern. (Titelthema) In: Technology Review (deutsche Ausgabe), Nr. 12/2019, S. 44–53; mit mehreren Artikeln zum Thema
Weblinks
- Originalartikel: Frank Arute, Kunal Arya, [...], John M. Martinis: Quantum supremacy using a programmable superconducting processor[7] auf nature.com
- Demonstrating Quantum Supremacy auf YouTube, abgerufen am 29. Dezember 2019. (englisch)
Einzelnachweise
- ↑ John Preskill: Quantum computing and the entanglement frontier. In: arXiv:1203.5813 [cond-mat, physics:quant-ph]. 10. November 2012, arxiv:1203.5813.
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- ↑ John Preskill: Quantum computing and the entanglement frontier. 2012, arxiv:1203.5813.
- ↑ a b Edwin Pednault, John Gunnels, Dmitri Maslov, Jay Gambetta: On “Quantum Supremacy”. In: IBM Research > IBM Research Blog > Topics > Quantum Computing. ibm.com, 22. Oktober 2019, abgerufen am 27. Oktober 2019 (amerikanisches Englisch).
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- ↑ Johanna Michaels: FAZ.net: Was bedeutet die Überlegenheit von Googles Quantencomputer, abgerufen am 4. November 2019
- ↑ a b c
- ↑ Arne Grävemeyer: Jetzt auch offiziell: Googles Quantencomputer beweist "Quantum Supremacy". In: heise online > News 10/2019. Heise Medien, 23. Oktober 2019, abgerufen am 27. Oktober 2019.
- ↑ Kai Schmerer: IBM vs Google: Streit um "Quanten-Vorherrschaft". In: ZDNet > Innovation. NetMediaEurope Deutschland, 23. Oktober 2019, abgerufen am 27. Oktober 2019 (deutsch).
- ↑ Chinese team unveils exceedingly fast quantum computer. In: China Daily.
- ↑ China Stakes Its Claim to Quantum Supremacy. In: Wired.
- ↑ Han-Sen Zhong, Hui Wang, Yu-Hao Deng, Ming-Cheng Chen, Li-Chao Peng, Yi-Han Luo, Jian Qin, Dian Wu, Xing Ding, Yi Hu, Peng Hu, Xiao-Yan Yang, Wei-Jun Zhang, Hao Li, Yuxuan Li, Xiao Jiang, Lin Gan, Guangwen Yang, Lixing You, Zhen Wang, Li Li, Nai-Le Liu, Chao-Yang Lu, Jian-Wei Pan: Quantum computational advantage using photons. In: Science. 370, Nr. 6523, Dezember, Skriptfehler: Das Modul gab einen nil-Wert zurück. Es wird angenommen, dass eine Tabelle zum Export zurückgegeben wird., S. 1460–1463. arxiv:2012.01625. bibcode:2020Sci...370.1460Z. Modul:Vorlage:Handle * library URIutil invalid. PMID 33273064.
