Ein Quantensprung? - Neuste Entwicklungen im Quantencomputing

Abstract

Bei der Berechnung großer Probleminstanzen stoßen klassische Rechner bereits heute an ihre Grenzen. Die wachsende Komplexität der Aufgabenstellungen erfordert daher die Erforschung neuer Rechnerarchitekturen. Es zeigen sich deutliche Hinweise, dass die Ausnutzung quantenmechanischer Prinzipien einen entscheidenden Vorteil gegenüber klassischen Systemen liefert: Quantenbits können sich zugleich im Zustand „0“ und „1“ befinden und somit beide Werte simultan manipuliert werden. Durch diese Quantenparallelität weisen Quantenalgorithmen eine geringere Laufzeit als ihre klassischen Gegenstücke auf. Von einer praktischen Nutzbarkeit sind aktuelle Realisierungen des universellen Quantencomputers jedoch weit entfernt. Von der Firma D-Wave Systems Inc. ist hingegen ein sogenannter adiabatischer Quanten-Annealer kommerziell verfügbar. Durch die Transformation von Quantensystemen können damit spezielle Optimierungsprobleme gelöst werden. Deren eingeschränkte Struktur erschwert jedoch die Übertragung von Anwendungsproblemen. Betrachtet wurden dazu zum einen ein vereinfachtes Modell einer Satellitenmissionsplanung und zum anderen ein Luftverkehrsmanagementproblem aus einem Kooperationsprojekt mit der NASA. Zu letzterem wurden bereits erfolgreich Berechnungen auf der Maschine durchgeführt. Obwohl die Überlegenheit des adiabatischen Quanten-Annealing noch nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden konnte, zeigt dies die Lösbarkeit von Problemen der Luft- und Raumfahrt.