Wie überprüft man die Ergebnisse eines Quantencomputers?
Wiener und Innsbrucker Physiker lassen andere Quantencomputer die
Resultate verifizieren, an denen man mit klassischen Methoden scheitert
Mit dem "Sycamore"-Quantenprozessor mit 54 Qubits will Google 2019
"Quantenüberlegenheit" erreicht zu haben.
Foto: APA/AFP/GOOGLE
Quantencomputer stehen kurz davor, bei speziellen Problemstellungen
selbst die leistungsstärksten klassischen Computer zu übertreffen. Dabei
stellt sich aber die Frage, ob man den Ergebnissen eines
Quantencomputers vertrauen kann, wenn man sie nicht mit klassischen
Methoden überprüfen kann. Notwendig sind daher andere Verfahren zur
Verifikation: Physiker aus Wien und Innsbruck haben nun mit Kollegen
eine Methode entwickelt, bei der andere Quantencomputer das Ergebnis
verifizieren.
200 Sekunden oder 10.000 Jahre
Ein Forscherteam von Google rühmte sich 2019 damit, die Überlegenheit
von Quantencomputern gegenüber den schnellsten klassischen Computern
nachgewiesen zu haben. Der Quantenprozessor von Google brauchte für die
Berechnung einer Aufgabe 200 Sekunden, für die ein klassischer Computer
etwa 10.000 Jahre benötigt hätte. Auch wenn die von Google behauptete
Quanten-Überlegenheit ("quantum supremacy") in Fachkreisen umstritten
ist, ist eines klar: "Wir brauchen Verfahren zur Verifikation und
Validierung, die zeigen, dass ein Quantenrechner tatsächlich mehr kann
als ein klassischer Rechner", erklärte kürzlich der Innsbrucker
Quantenphysiker Rainer Blatt.
Grund dafür ist die große Anfälligkeit von quantenphysikalischen
Phänomenen wie Verschränkung und Überlagerung, auf denen sich der
Vorteil von Quantencomputern stützt. Diese Phänomene sind überaus
empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und Störungen können zu Fehlern
in der Berechnung führen. Gesucht sind also Methoden, mit denen man
verifizieren kann, ob ein Quanten-Chip eine komplexe Berechnung präzise
ausgeführt hat. Und mit dieser Methode muss man das Ergebnis einer
Berechnung überprüfen können, "ohne dass die richtige Antwort bekannt
ist", so Chiara Greganti, die ihren PhD bei Philip Walther an der
Universität Wien absolviert hat.
Mehrere Quantencomputer unterschiedlicher Technologieplattformen werden
gegeneinander verifiziert, indem sie zufällig aussehende Berechnungen
durchführen, welche über eine versteckte Graphenstruktur zusammenhängen.
Illustr.: Ella Maru Studio
Versteckte Verbindung
Ein Team von Physikern aus Österreich, Singapur und Großbritannien hat
nun im Fachjournal "PRX Quantum" eine Methode zur Lösung dieses Problems
vorgestellt. "Wir lassen mehrere Quantencomputer zufällig aussehende
Berechnungen durchführen", erklärt Martin Ringbauer von der Universität
Innsbruck. Zwischen diesen Berechnungen gibt es eine versteckte
Verbindung. "Obwohl die Ergebnisse jedes einzelnen Quantencomputers
zufällig sind, müssen sie wegen der versteckten Verbindung in bestimmten
Aspekten immer übereinstimmen", so Ringbauer. Stimmen sie darin überein,
haben die Quantencomputer das Richtige berechnet.
Ein Vorteil der neuen Methode ist den Physikern zufolge, dass nicht das
gesamte Ergebnis des Quantencomputers ausgelesen werden muss, was sehr
zeitaufwändig sein kann. Es genüge zu überprüfen, wie oft sich die
beiden Geräte einig sind, was auch noch für sehr große Quantencomputer
machbar sei.
Methode für beliebige Hardware
Demonstriert haben die Wissenschafter ihre Methode an fünf auf
unterschiedlichen technologischen Plattformen basierenden
Quantencomputern, darunter Quantenrechner an den Universitäten Innsbruck
und Wien. Dies zeige, dass Quantencomputer mit beliebiger Hardware
gegeneinander getestet werden können. (APA, 14.9.2021)
https://www.derstandard.de/story/2000129620888/wie-ueberprueft-man-die-ergebnissen-eines-quantencomputers
Lassen
Sie doch mal die ""modernen Quantencomputer die Zahl "Pi" auf
mehrere tausende Stellen berechnen. Zur Kontrolle der
"mathematischen Richtigkeit" können Sie dann, die Ergebnisse der
"alten klassischen Computer" nutzen. Denn diese Quantencomputer
sind ja gegenwärtig noch sehr "Fehleranfällig".