Quantenüberlegenheit

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Mit Quantenüberlegenheit (engl. 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 schneller lösen kann als ein Computer, dessen Technik auf Digitaltechnik basiert. 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bekanntheit erlangte der Begriff durch den theoretischen Physiker John Preskill (2012),[1][2] er geht aber auf den Mathematiker Yuri Manin (1980) und den Physiker Richard Feynman (1981) zurück.[3]

„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.“

Christian J. Meier: Eine kurze Geschichte des Quantencomputers: Wie bizarre Quantenphysik eine neue Technologie erschafft, Verlag Heinz Heise, Hannover 2015, ISBN 978-3-944099-06-4, S. 11

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[4] und andererseits durch Quantenverschränkung.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 23. Oktober 2019 proklamierten Google-Forscher in einem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel, Quantenüberlegenheit erreicht zu haben.[5] 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.[5][6]

Der Konkurrent IBM bezweifelt das. Googles Rechnung enthalte einen Fehler. IBM zufolge könnten klassische Systeme dieses Problem in etwa 2,5 Tagen lösen.[7][2]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Durchbruch bei Quantenrechnern. (Titelthema) In: Technology Review (deutsche Ausgabe), Nr. 12/2019, S. 44–53; mit mehreren Artikeln zum Thema

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. John Preskill: Quantum computing and the entanglement frontier. 2012, arxiv:1203.5813.
  2. 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).
  3. Richard P. Feynman: Simulating physics with computers. In: International Journal of Theoretical Physics. Band 21, Nr. 6-7. Plenum Publishing Corporation, Juni 1982, ISSN 0020-7748, S. 467–488, doi:10.1007/BF02650179 (online auf den Seiten der Wuhan University [PDF]).
  4. Johanna Michaels: FAZ.net: Was bedeutet die Überlegenheit von Googles Quantencomputer, abgerufen am 4. November 2019
  5. a b c Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, John M. Martinis et al.: Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. In: Nature. Band 574, Nr. 7779, Oktober 2019, ISSN 0028-0836, S. 505–510, doi:10.1038/s41586-019-1666-5 (nature.com).
  6. 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.
  7. Kai Schmerer: IBM vs Google: Streit um "Quanten-Vorherrschaft". In: ZDNet > Innovation. NetMediaEurope Deutschland, 23. Oktober 2019, abgerufen am 27. Oktober 2019 (deutsch).