Wichtiger Durchbruch im Quantencomputing

Eines der Hauptziele des Quantencomputings ist die Simulation von Materialkomponenten – eine Aufgabe, die klassische Computer niemals effizient simulieren können. Die Modellierung dieser Komponenten ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Bewältigung von Herausforderungen wie dem Bau besserer Batterien und der Entwicklung neuer Medikamente.

Allerdings ist bei den heutigen Quantensystemen ein gewisses Rauschen nicht zu vermeiden, und es treten zahlreiche Fehler auf, die die Leistung beeinträchtigen. Dies ist auf die Empfindlichkeit von Quantenbits oder Qubits gegenüber Umwelteinflüssen zurückzuführen.

Bessere Fehlererkennung

Im Experiment demonstrierte ein IBM-Team nun, dass ein Quantencomputer die Leistung führender klassischer Simulationen übertreffen kann, indem er Fehler im System erkennt und reduziert. Das Team setzte den IBM Quantenprozessor „Eagle“ ein, der aus 127 supraleitenden Qubits auf einem Chip besteht, um große, verschränkte Zustände zu erzeugen, die die Dynamik von Spins in einem Materialmodell simulieren und Eigenschaften wie beispielsweise seine Magnetisierung genau vorhersagen.

Um die Genauigkeit dieser Modellierung zu überprüfen, führte ein Team von Wissenschaftlern an der University of California, Berkeley, diese Simulationen gleichzeitig auf fortgeschrittenen klassischen Computern im National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) des Lawrence Berkeley National Lab und der Purdue University durch. Mit zunehmender Skalierung des Modells lieferte der Quantencomputer mithilfe erweiterter Verfahren zur Fehlerbegrenzung kontinuierlich genaue Ergebnisse, während die klassischen Berechnungsmethoden schließlich an ihre Grenzen stießen und mit dem IBM Quantensystem nicht mithalten konnten.

„Zum ersten Mal konnten wir beobachten, dass Quantencomputer ein physikalisches System in der Natur genauer modellieren als die führenden klassischen Ansätze“, sagt Darío Gil, Senior Vice President und Director of Research bei IBM. „Für uns ist dieser Meilenstein ein bedeutender Schritt, der beweist, dass die heutigen Quantencomputer fähige, wissenschaftliche Tools sind, die zur Modellierung von Problemen eingesetzt werden können, die mit klassischen Systemen extrem schwierig – und vielleicht sogar unmöglich – zu lösen sind, und der signalisiert, dass wir jetzt in eine neue Ära der Nutzbarmachung des Quantencomputings eintreten.“