Google erreicht mit Willow einen Meilenstein im Quantencomputing
Google hat kürzlich einen bedeutenden Fortschritt in der Quantentechnologie bekannt gegeben: den ersten nachweisbaren Quantenvorteil. Mithilfe seines innovativen Quantenprozessors Willow hat das Unternehmen einen bahnbrechenden Algorithmus namens „Quantum Echoes“ entwickelt. Dieser hochentwickelte Algorithmus soll 13.000-mal schneller arbeiten als jeder klassische Supercomputer und liefert nicht nur reproduzierbare, sondern auch kreuzverifizierbare Ergebnisse. Diese Errungenschaft könnte den Weg für bahnbrechende Entwicklungen in Bereichen wie Chemie, Biologie und Materialwissenschaften ebnen.
Ein neuer Ansatz zur Molekülanalyse
Für dieses bahnbrechende Experiment implementierte Google in Zusammenarbeit mit Forschern der UC Berkeley den Quantum Echoes-Algorithmus, um molekulare Analysen durchzuführen. Sie konzentrierten sich auf zwei verschiedene Moleküle – eines mit 15 und eines mit 28 Atomen. Bemerkenswerterweise stimmten die Ergebnisse der Quantenberechnungen weitgehend mit den Ergebnissen der traditionellen Kernspinresonanz (NMR) überein. Der Quantum Echoes-Algorithmus lieferte jedoch auch neue strukturelle Erkenntnisse, die mit herkömmlichen NMR-Techniken typischerweise übersehen werden.
Diese innovative Methode wird als „molekulares Lineal“ bezeichnet, da sie Entfernungen und strukturelle Eigenschaften messen kann, die mit herkömmlichen wissenschaftlichen Werkzeugen bisher nicht erfasst werden konnten.
Funktionsweise von Quantenechos
Wie das Google-Forschungsteam feststellte, verwendet der Quantum Echoes-Algorithmus ein beispielloses Maß an Präzision bei der Berechnung der Dynamik von Quantensystemen. Die Technik basiert auf einem Prozess, der dem „Abhören von Echos“ innerhalb eines Quantensystems ähnelt. Dabei wird ein sorgfältig entworfenes Signal über ein Qubit-Netzwerk übertragen. Forscher können so ein Qubit stören und gleichzeitig die Systementwicklung umkehren, um das zurückkehrende Echo zu erkennen. Durch die Verstärkung dieses Echos durch konstruktive Interferenz werden Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich Störungen über das 105-Qubit-Array des Chips ausbreiten.
Fortschritte auf Grundlage früherer Forschung
Googles Quantum Echoes-Algorithmus basiert auf einem bereits etablierten Benchmark namens Random Circuit Sampling. Während dieser die reine Rechenkomplexität demonstrierte, geht Quantum Echoes noch einen Schritt weiter und integriert die sogenannte „Verifizierbarkeit“.Diese entscheidende Funktion ermöglicht die Reproduktion der Ergebnisse auf anderen Quantencomputern ähnlichen Kalibers – ein bedeutender Meilenstein, den bisherige Algorithmen nicht erreicht haben.
Die Evolution der Weide
Dieser Meilenstein ist auch ein Beleg für die Fortschritte, die Google mit dem Willow-Chip erzielt hat, der Ende 2024 eingeführt wurde. Willow stellt eine deutliche Verbesserung der Fehlerunterdrückung dar und bewältigt damit eine der hartnäckigsten Herausforderungen im Quantencomputing. Sein Design ermöglicht schnelle Operationen bei gleichzeitig extrem niedrigen Fehlerraten, die für die Ausführung komplexer, präzisionsintensiver Algorithmen unerlässlich sind.
Vom Proof of Concept zur praktischen Anwendung
Im Jahr 2019 demonstrierte Googles Vorgängerchip Sycamore die sogenannte „Quantenüberlegenheit“.Dabei handelte es sich jedoch weitgehend um einen Proof of Concept, der sich auf eine sehr spezifische Aufgabe konzentrierte und nur begrenzte praktische Anwendungsmöglichkeiten bot. Im Gegensatz dazu zielt Willow darauf ab, die Quantenüberprüfbarkeit für reale Anwendungsfälle zu etablieren und so die Lücke zwischen Theorie und Anwendung effektiv zu schließen.
Überwindung der Skepsis gegenüber Quantencomputing
Quantencomputer stießen in der Vergangenheit auf Skepsis hinsichtlich ihrer Fähigkeit, zuverlässige Ergebnisse zu liefern, die mit denen klassischer Computer vergleichbar sind. Mit der jüngsten Demonstration eines nachweisbaren Quantenvorteils durch das Google-Team wurde eine bedeutende Hürde genommen, um zu bestätigen, dass Quantencomputer tatsächlich wiederholbare und wissenschaftlich fundierte Ergebnisse liefern können.
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