Einem chinesischen Forscherteam ist ein neuer Durchbruch auf dem Weg zur Entwicklung eines Quantencomputers gelungen, wie es am Freitag mitteilte. Der entwickelte Prototyp stellt die Rechenleistungen anderer hochentwickelter Geräte, zum Beispiel die des schnellsten Supercomputers der Welt, in den Schatten.

Ein experimentelles Gerät für Jiuzhang, einen Quantencomputer-Prototyp.

Ein Forschungsteam, zu dem auch der renommierte chinesische Quantenphysiker Pan Jianwei gehört, kündigte am Freitag einen bedeutenden Durchbruch in der Informatik an, durch den ein Vorteil im sogenannten Quanten-Computing erzielt worden sei.

Das Team errichtete einen Quantencomputer-Prototyp mit dem Namen „Jiuzhang", über den bis zu 76 Photonen nachgewiesen werden konnten. Die Studie wurde online in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Diese Errungenschaft bedeutet, dass China den ersten Meilenstein auf dem Weg zum vollständigen Quantencomputer erreicht hat – dies ist auch als „Quantenüberlegenheit" bekannt und deutet auf eine überwältigende Beschleunigung der Quantencomputer hin.

Kein herkömmlicher Computer könne die gleiche Aufgabe in einer angemessenen Zeit durchführen, und es sei unwahrscheinlich, dass die Beschleunigung durch klassische algorithmische oder Hardware-Verbesserungen erreicht werde, so das Team.

In der Studie wurde Gaussian-Boson-Sampling (GBS), ein klassischer Simulationsalgorithmus, verwendet, um eine hocheffiziente Methode zur Demonstration der Beschleunigung von Quantencomputern bei der Lösung einiger wohldefinierter Aufgaben zu liefern. Die durchschnittliche nachgewiesene Photonenzahl des Prototyps beträgt 43, aber es konnten bis zu 76 Ausgabe-Photonenklicks beobachtet werden.

Das Quantencomputersystem von „Jiuzhang“ kann groß angelegte GBS 100 Billionen Mal schneller implementieren als der schnellste derzeit existierende Supercomputer der Welt.

Das Team sagte auch, dass der neue Prototyp zehn Milliarden Mal schneller arbeite als der von Google entwickelte 53-qubit-Quantencomputer.

„Der Vorteil von Quantencomputern ist wie eine Schwelle", erklärte Lu Chaoyang, Professor an der Universität für Wissenschaft und Technologie in China. „Das bedeutet, wenn die Kapazität eines neuen Quantencomputer-Prototypen die des stärksten traditionellen Computers bei der Bewältigung einer bestimmten Aufgabe übertrifft, beweist dies, dass er möglicherweise Durchbrüche in zahlreichen anderen Bereichen erzielen wird.“

Der Durchbruch ist das Ergebnis 20-jähriger Bemühungen von Pans Team. In dieser Zeit hat es mehrere wichtige technologische Hürden überwunden, darunter auch die der hochwertigen Photonenquelle.

„Zum Beispiel ist es für uns einfach, jedes Mal einen Schluck Wasser zu trinken, aber es ist schwierig, jedes Mal nur ein Wassermolekül zu trinken", veranschaulichte Pan. „Eine hochwertige Photonenquelle muss jedes Mal nur ein Photon 'freisetzen', und jedes Photon muss genau gleich sein, was eine ziemliche Herausforderung darstellt.“ 

Im Vergleich zu herkömmlichen Computern ist „Jiuzhang“ derzeit nur ein „Champion auf einem einzigen Gebiet", aber seine Supercomputerkapazität verfügt nach Ansicht des Teams auch über Anwendungspotenzial in Bereichen wie Graphentheorie, maschinelles Lernen und Quantenchemie.