Volles Potential der Atome kann ausgenutzt werden

Dieser Quantencomputer rechnet mit mehr als Null und Eins

Samstag, 23. Juli 2022 | 16:04 Uhr

Innsbruck – Seit Jahrzehnten lernen wir, dass Computer, vom Handy bis zum Rechenzentrum, mit Null und Eins rechnen. An der Universität Innsbruck hat nun ein Team von Experimentalphysikern einen Quantencomputer realisiert, der diese Einschränkung hinter sich lässt und den Weg ebnet für deutlich effizientere Quantenrechnungen.

Computer sind praktisch gleichgesetzt mit binärer Information – Null und Eins. Dieser Ansatz ist so erfolgreich, dass Computer aus dem täglichen Leben, von der Kaffeemaschine bis zum selbstfahrenden Auto, nicht mehr wegzudenken sind.

Aufbauend auf dem Erfolg klassischer Computer, gilt die binäre Informationsverarbeitung auch als Basis für neuartige Quantencomputer. „Die physikalischen Bausteine des Quantencomputers können allerdings deutlich mehr als nur Null und Eins“, erklärt der Innsbrucker Experimentalphysiker Martin Ringbauer. „Die Einschränkung auf binäre Systeme nimmt diesen Computern viel von ihrem echten Potential.“

Das Team um Thomas Monz vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck berichtet in der Fachzeitschrift Nature Physics, wie es ihnen nun gelungen ist, einen Quantencomputer zu realisieren, der dieses Potential voll ausnutzen und damit mehr Rechenleistung mit weniger Quantenteilchen erreichen kann.

Verstecktes Potential

Information in Null und Eins zu speichern, ist zwar nicht die effizienteste Art zu rechnen, aber die einfachste, und einfach heißt auch oft verlässlich und wenig fehleranfällig. So ist die binäre Informationsverarbeitung heutzutage der unumstrittene Standard.

In der Quantenwelt sieht das anders aus, da es kaum Systeme mit nur zwei Zuständen gibt. „Im Innsbrucker Quantencomputer wird Information beispielsweise in einzelnen gefangenen Kalziumatomen gespeichert, die jeweils acht Zustände haben, von denen bisher aber nur zwei zum Rechnen verwendet wurden“, erklärt Thomas Monz. Ähnliches gilt für fast alle existierenden Quantencomputer weltweit.

Optimal für Computer und Anwendungen

Wie die Innsbrucker Physiker nun gezeigt haben, ist es möglich einen Quantencomputer so zu konstruieren, dass das volle Potential der Atome ausgenutzt werden kann, indem alle vorhandenen Zustände als sogenannte Qudits (quantum digits) zum Rechnen verwendet werden. Dieses neue Rechenmodell ist optimal auf die Quantenhardware abgestimmt, und die Forscher konnten zeigen, dass der neue Quantencomputer genauso verlässlich arbeitet, wie einer mit nur Null und Eins.

Ähnlich sieht es mit Anwendungen aus. Denn viele der Aufgaben, die Quantencomputer brauchen, wie in der Physik, Chemie, oder den Materialwissenschaften, sind auf natürliche Weise für Qudits formuliert. Versucht man diese für übliche Quantencomputer umzuschreiben, werden sie oft zu kompliziert für heutige Maschinen. „Mit mehr als Null und Eins zu rechnen, ist nicht nur optimal für die Quantencomputer, sondern auch deutlich natürlicher für viele Anwendungen“, sagt Martin Ringbauer. „Dieser Ansatz ermöglich uns, das volle Potential unserer Quantencomputer auszuschöpfen“.

Die Forschungen wurden unter anderem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, dem Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung sowie der Europäischen Union finanziell unterstützt.

Von: mk

Kommentare

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9 Kommentare auf "Dieser Quantencomputer rechnet mit mehr als Null und Eins"


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N. G.
N. G.
Kinig
15 Tage 19 h

Quantencomputer werden kommen und die Welt auf den Kopf stellen. Ein Sprung in ein ganz neues Zeutalter das wir uns heute nicht mal vorstellen können!
Echte KI wäre damit möglich, die Frage ist nur, brauchen wir sie, wollen wir sie oder ist sie sogar gefährlich!?

Grünschnabel
15 Tage 15 h

@N.G.
Was soll denn echte KI sein?

xXx
xXx
Kinig
15 Tage 13 h

Diese Fragen hat sich der Mensch noch nie gestellt und das wird er auch nicht. Die Entwicklung wird kommen und mit den Konsequenzen müssen wir leben, gute wie schlechte.

N. G.
N. G.
Kinig
15 Tage 5 h

@botchan Jedenfalls nich das was heute als KI bezeichnet wird denn alleine denken die Chips und Programme bei weitem NICHT und sind auch nicht fähig sich selbst was bei zu bringen.
Was heutzutage als KI beworben wird ist Augenwischerei und das wissen die jeweiligen Hersteller auch. Klingt eben hübsch.

rapunzel86
rapunzel86
Neuling
15 Tage 5 h

@botchan künstliche Intelligenz

RumplPumpl
RumplPumpl
Neuling
15 Tage 4 h

@botchan Er meint Inteligenzen wie im Film Matrix oder IRobot, oder…

Grünschnabel
15 Tage 3 h

@RumplPumpl
Ich meinte aber keine fiktive K.I. 🙂

Neumi
Neumi
Kinig
14 Tage 21 h
@RumplPumpl Noch nicht mal in diesen Filmen sind sie sich innerhalb eines Films darüber einig, was eine KI ist, sie wird je nach Szene entsprechend den Bedürfnissen für die Szene angepasst. Sollten wir mal eine haben, ist sie hoffentlich intelligenter als diese Drehbuchschreiber. Andererseits ist ja noch nicht mal definiert, was eine NICHT künstliche Intelligenz eigentlich ist. Wann ist eine Entscheidung intelligent? Es gibt unzählige unterschiedliche Antworten auf diese Frage. Deshalb kann man auch nicht sagen, wann eine künstliche Intelligenz als solche bezeichnet werden kann und wann nicht. Aktuell ist der Stand der Technik, lernfähige neuronale Netze einzusetzen. Sie erkennen… Weiterlesen »
Neumi
Neumi
Kinig
14 Tage 21 h

Rechnet der Computer tatsächlich schon und man kann Daten eingeben und auslesen?
Hat er denn überhaupt so was wie Befehlssätze?

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