September 18, 2021

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Laut Google präsentieren die Chinesen einen Rekordquantencomputer

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W.Ann wird der Quantencomputer endlich kommen, der weitaus besser ist als jeder klassische Computer, egal wie leistungsfähig er ist? Google konnte diese Frage letztes Jahr mit “Sycamore” beantworten. Mit seinen 53 supraleitenden Quantenbits konnte der Quantencomputer erstmals ein komplexes Problem viel schneller berechnen als das leistungsstärkste aller Zeiten. Supercomputer “Summit” von IBM. Laut Google-Forschern benötigte Sycamore nur 200 Sekunden, wie Summit sagte hätte für mindestens zehntausend Jahre geplant.

Aber jetzt hat es Google Quantencomputer sind einem starken Wettbewerb ausgesetzt. Es kommt aus China, heißt “Jiuzhang” und befindet sich in einem Labor an der Hefei-Universität. Der chinesische Quantencomputer wurde von Wissenschaftlern entwickelt, die mit dem chinesischen Quantenphysiker Jian-Wei Pan zusammenarbeiten. der für seine spektakulären Feldversuche zur Quantenkommunikation bekannt wurde. Jiuzhang habe, dann schreiben Pan und seine Kollegen in die Zeitschrift “Science”, die Lösung für eine komplexe Aufgabe innerhalb von Minuten geliefert, für die der schnellste Computer in China, “Taihulight” – Nummer vier in der aktuellen Weltrangliste der schnellsten Supercomputer – hätte ein geschätztes halbes geologisches Alter angenommen.

Ob Bergahorn oder Jiuzhang das mächtigere System ist, ist schwer zu beantworten. Denn beide haben ihre Quantenüberlegenheit für eine ganz spezielle mathematische Frage bewiesen, die auf die jeweilige Hardware zugeschnitten ist. Und das ist für beide Quantencomputer grundlegend anders:

Quantenbillard mit Photonen

Während Sycamore supraleitende Quantenbits in Form von Mikrowellenresonatoren für die Berechnung verwendet, die an Logikgatter angeschlossen werden können, verwendet Jiuzhang speziell geformte Laserpulse für seine Berechnungen. Diese sind so konzipiert, dass sie sich wie einzelne Photonen verhalten. Lichtquanten sind die idealen Träger von Quanteninformationen, da sie leichter zu steuern und zu manipulieren sind als beispielsweise die supraleitenden Qubits von Sycamore. Lichtimpulse passieren 300 Strahlteiler und 75 Spiegel sowie unzählige Polarisatoren und Linsen. Eine Gruppe von Detektoren erfasst Lichtimpulse, nachdem sie die optische Anordnung passiert haben. Genau genommen ist Jiuzhang kein Quantencomputer ein Quantensimulator.

Schematische Struktur des Quantensimulators


Schematische Struktur des Quantensimulators “Jiuzhang”
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Foto: Hansen Zhong


Mit ihrem Versuchsaufbau wollten Pans Forscher als Informatiker eine Frage aus der Quantenstatistik – Gaussian Boson Sampling – überprüfen Scott Aaronson und Alex Arkhipov formulierten es 2011. Kann ein klassischer Computer – so fragten die beiden Forscher vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge – die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit der Teilchen wie Photonen ein Labyrinth aus Strahlteilern und Spiegeln passieren und welchen Weg sie einschlagen? Aaronson und Arkhipov hatten bereits den auf Lichtteilchen basierenden Quantencomputer im Sinn, der zu dieser Zeit noch in den Kinderschuhen steckte.

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