Quantum Computer: MIT und Harvard mit "Quantum Simulator" näher kommen

Quantencomputer sind das Allerwichtigste im 21. Jahrhundert, da sie aufgrund ihrer Quantenverrücktheit Informationen enthalten und Probleme lösen könnten, die so viel komplexer sind, wie es selbst die besten Supercomputer von heute nicht können.

Wie sie am Mittwoch in zwei Veröffentlichungen berichten Natur Forscher von Harvard, Massachusetts Institute of Technology und der University of Maryland haben zwar noch keinen Quantencomputer in all seiner Pracht entwickelt, aber sie sind sich verdammt nahe gekommen. Sie haben stattdessen einen so genannten Quantensimulator gebaut. Es fehlt die nahezu unendliche Vielseitigkeit eines Quantencomputers, es werden jedoch Quantenprinzipien verwendet, um sehr spezifische Probleme zu lösen.

Was genau würde es also bedeuten, dass dieses System als Quantencomputer betrachtet wird? Harvard Professor Mikhail Lukin, der Co-Lead einer der Zeitungen, erzählt Inverse Das Problem ist dreifach.

"Wir müssten die Anzahl der verfügbaren Qubits erhöhen, die Kohärenz dieser Qubits verbessern oder den Fehler reduzieren und die Programmierbarkeit des Systems erhöhen, damit eine größere Anzahl von Problemen gelöst werden kann", sagt er.

Die Forscher waren in der Lage, 51 einzelne Atome oder Qubits zu erfassen und zu manipulieren, um einen Quantensimulator zu erstellen. Das ist die größte Menge an Qubits, die jemals für einen solchen Simulator zusammengestellt wurden. Anstelle geladener Ionenpartikel verwendeten die Forscher erstmals neutrale Atome mit identischen Eigenschaften. Im Gegensatz zu Ionen stoßen neutrale Atome nicht ab. Dies ermöglichte es, eine so große Gruppe von Qubits zusammenzubringen.

Qubits sind die zugrunde liegenden Einheiten, die Quantenberechnung ermöglichen. In einem Standardcomputer werden alle von Ihnen eingegebenen Tweets binär oder als Folge von Nullen oder Einsen gespeichert. In einem Quantencomputer werden Daten in Qubits gespeichert, die aus einem Photon, Elektron oder Kern bestehen können.

Ein bisschen Muss entweder eine Eins oder eine Null sein, während ein Qubit Eins sein kann und Null zur gleichen Zeit. Ja, das ist sehr unbestimmt, erlaubt aber Quantencomputern, exponentiell mehr Daten zu speichern als binäre Maschinen. Die 51 Atome, die die Forscher einfangen konnten, konnten über 2 Billiarden Werte darstellen. Wissenschaftler können Optimierungsprobleme wie das Problem des reisenden Verkäufers lösen und physikalische Phänomene simulieren, die sie ansonsten nicht könnten.

"Diese Wechselwirkungen sind in der Natur quantenmechanisch", sagte Alexander Keesling, Ph.D. Student und Co-Autor der Studie in einer Erklärung. „Wenn Sie versuchen, diese Systeme auf einem Computer zu simulieren, sind Sie auf sehr kleine Systemgrößen beschränkt und die Anzahl der Parameter ist begrenzt. Wenn Sie Systeme größer und größer machen, ist der Speicher und die Rechenleistung für die Simulation auf einem klassischen Computer sehr schnell erschöpft. Um dies zu erreichen, müssen Sie das Problem tatsächlich mit Partikeln erstellen, die denselben Regeln entsprechen wie das System, das Sie simulieren. Deshalb bezeichnen wir dies als Quantensimulator."

Lukin erzählt Inverse Es gibt keinen Zeitrahmen für den Zeitpunkt, zu dem Quantencomputer Realität werden können. Diese Forschung hat jedoch den Wissenschaftlern die Möglichkeit gegeben, sich mit Dingen zu beschäftigen, die völlig aus dem Bereich der Computer stammen, die wir heute verwenden. Dies öffnet die Tür, um die Feinheiten der Welt, in der wir leben, auf eine ganz neue Weise zu verstehen.

Wissenschaftler wollen einen Quantencomputer bauen, der so groß ist wie ein Fußballfeld.