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Wissenschaft und Forschung

Robert Gast
Physiker, Wissenschaftsjournalist
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piqer: Robert Gast
Freitag, 19.07.2019

Was man über das Rennen zur Quanten-Überlegenheit wissen sollte

Seit Langem arbeiten Physiker und Informatiker auf ein prestigereiches Ziel hin: Sie wollen mit einem Quantencomputer erstmals eine Rechnung durchführen, die schneller zum Ergebnis kommt als auf einem klassischen Computer. Diese "Quantum Supremacy" oder "Quanten-Überlegenheit" soll seit Jahren unmittelbar bevorstehen – bisher ist es den Entwicklern von Quantencomputern jedoch nicht gelungen, die Schwelle auch wirklich zu übertreten.

Das Quantamagazine – ein stiftungsfinanziertes Online-Medium aus den USA, das hochqualitativen Wissenschaftsjournalismus macht – hat nun in einem großen Frage-und-Antwort-Stück die wichtigsten Eckdaten zusammengetragen. Es liefert einerseits einen guten und aktuellen Überblick über den Stand der Quantencomputerforschung. Andererseits eignet sich der Text als sanfter Einstieg in das anspruchsvolle Thema. 

Anlass für den Artikel ist das Gerücht, Google könnte in seinem Quantenlabor kurz davor stehen, die Quantum Supremacy zu demonstrieren. Der Autor des Textes ordnet diese Ankündigung kritisch ein. Dabei beschreibt er unter anderem die Rechenaufgabe, bei der Quantenrechner ihre Vorzüge ausspielen sollen: Es handelt sich dabei um das so genannte "Random Circuit Sampling", bei welchem der Computer einen verschachtelten Schaltkreis viele Male hintereinander eine Rechnung ausführen lässt. In einem Quantencomputer kommen hier (hilfreiche) Quanteneffekte zum Tragen, was sich auf die Verteilung der Ausgabezahlen auswirkt. Klassische Computer können das Procedere zwar simulieren. Ab einer bestimmten Zahl von zusammengeschalteten Qubits brauchen sie aber sehr lange dafür.

Die Quantum Supremacy hätte keine praktische Anwendung, sondern vor allem symbolische Bedeutung. Sie könnte jedoch ein wichtiges Signal für das Forschungsfeld sein. Noch gilt es aber mehrere technologische Hürden zu nehmen:  

There are serious engineering barriers facing all of the different approaches. A major new technological advance will be needed before it’s possible to build the kind of quantum computers people dream of. “I’ve heard it said that quantum computing might need an invention analogous to the transistor — a breakthrough technology that performs nearly flawlessly and which is easily scalable,” Bouland said. “While recent experimental progress has been impressive, my inclination is that this hasn’t been found yet.”

Selbst wenn das gelingt: Von der Quanten-Überlegenheit zu einem sinnvollen Einsatz von Quantencomputern ist es noch ein ganzes Stück. Die nächsten Jahre dürften zeigen, ob die Wissenschaft in dieser Richtung wie erhofft vorankommt.   

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