Chinas neuer photonischer Quantencomputer überholt US-Rivalen

Wissenschaftler hoffen, dass Quantencomputer dabei helfen werden, Probleme wie den Klimawandel zu lösen und die Arzneimittelforschung zu beschleunigen. Im Kern des Quantencomputings stehen Quantenbits, auch Qubits genannt, die im Gegensatz zu binären Bits, die nur den Wert 0 oder 1 annehmen können, mehrere Werte gleichzeitig speichern können. Dies erhöht ihre Fähigkeit, komplexe Berechnungen durchzuführen, exponentiell.

Während die ührte Forschung sich auf den Einsatz für diese Berechnungen konzentriert hat, setzt Chinas Jiuzhang auf einen photonischen Ansatz, bei dem Lichtteilchen statt supraleitender Qubits für die Berechnungen verwendet werden. Was ist Jiuzhang? 2020 erstmals vorgestellt, war die Jiuzhang-Maschine das weltweit erste photonische System, das den quantencomputatorischen Vorteil demonstrierte.

Unter der Leitung des Quantenphysikers Pan Jianwei hat sich die Entwicklung der Maschine rasant vorangetrieben; Jiuzhang 4.0 wurde bereits Anfang dieser Woche vorgestellt. Nach Berichten arbeitet die 4.0-Version mit 1.024 verschränkten Zuständen als Eingabe über ein interferometrisches Netzwerk mit 8.176 Modi. Das System kann gleichzeitig 3.050 Photonen manipulieren und detektieren – das ist das Zehnfache seines Vorgängers.

Forscher am Institut für Wissenschaft

Forscher am Institut für Wissenschaft und Technologie Chinas (USTC), an dem die Jiuzhang-Maschine entwickelt wurde, gaben der 4.0 den Auftrag, eine Gaußsche Boson-Sampling-Aufgabe zu lösen. Schätzungen zufolge würde der El Capitan, der schnellste Supercomputer der USA, diese Aufgabe in 10^42 Jahren bewältigen. Jiuzhang 4.0 erledigte sie hingegen in wenigen Mikrosekunden.

Nicht nur die Geschwindigkeit ist beeindruckend: Das System erreichte zudem eine Quellenwirkungsgrad von 92 Prozent und einen Gesamtsystemwirkungsgrad von 51 Prozent. Dies ist ßer Bedeutung, da der Photonenverlust ein zentrales Problem bei photonischen Quantencomputern und eine wesentliche Hürde für die weitere Entwicklung dieser Technologie darstellt.

Anspruch auf Quantenüberlegenheit Mit diesem Erfolg strebt China an, einen Anspruch auf die Erreichung der Quantenüberlegenheit zu erheben. Doch nicht alle sind davon überzeugt. Die ührte Initiative für Quantencomputer konzentriert sich auf die Entwicklung fehlertoleranter, programmierbarer Geräte, die kommerzielle Anwendungen ausführen können.

Chinas Jiuzhang hingegen ist ein hochspezialisiertes

Chinas Jiuzhang hingegen ist ein hochspezialisiertes Quantencomputer, das lediglich bei speziellen Aufgaben wie dem Gaußschen Bosonensampling excelle. Während heutige klassische Supercomputer eine Vielzahl ältigen können, ist Jiuzhang – zumindest vorerst – nicht mit ihnen vergleichbar.

Dennoch lassen sich die Leistungen handelt es sich bei Jiuzhang nicht um ein vielseitiges Quantencomputersystem, doch sind seine raschen Fortschritte, etwa eine um eine Größenordnung steigende Skalierung gegenüber früheren Versionen, lobenswert. „Nach unserem Wissen verfügen über keine realistischen klassischen Rechenressourcen die Möglichkeit, den MPS-Algorithmus (Matrix-Produkt-Zustand) auch nur in die Nähe der zu bringen", so die Forscher in einer Erklärung.

Auch wenn Jiuzhang 4.0 möglicherweise nicht der ultimative bis heute gebaute Quantencomputer ist, demonstriert er doch Chinas Führungsrolle im Bereich des Quantencomputings.

Selbst wenn Jiuzhang bei der Erzielung hoher Genauigkeit und Leistung bei einer einzelnen spezialisierten Aufgabe überlegen ist, könnte China in Zukunft ähnliche spezialisierte Systeme für verschiedene Aufgaben in der Wirkstoffentwicklung, der künstlichen Intelligenz sowie sogar für Verteidigungsanwendungen rasch entwickeln. Die Forschung wurde durch eine Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature vorgestellt.