Wissenschaftlern ist gerade ein Durchbruch beim Quantencomputing gelungen
Ein Forscherteam des Japanese Institute for Molecular Science hat nun einen großen Schritt in der Quantencomputertechnik gemacht und dies mit Hilfe eines Zwei-Qubit-Gatters ermöglicht. Ein Qubit ist das Quantenäquivalent eines binären Bits, das eine grundlegende Informationseinheit ist, die beim Rechnen verwendet wird.
Dem Team ist es gelungen, das weltweit schnellste Zwei-Qubit-Gate in nur 6,5 Nanosekunden auszuführen. Dabei mussten die Forscher einige der Einschränkungen überwinden, die mit dieser Art von Technologie verbunden sind. Es gibt jedoch einen Haken – die von ihnen verwendete Methode könnte in einer weniger forschungsbasierten Umgebung schwierig zu replizieren sein.
Quantencomputing ist immer noch etwas Neuland, aber es könnte das Tor zur Lösung von Problemen sein, die moderne Computer nicht bewältigen können. Es könnte möglicherweise auch Aufgaben des Hochleistungsrechnens (HPC) enorm beschleunigen. Während das Potenzial definitiv vorhanden ist und Technologiegiganten wie IBM und Intel es nutzen, sind auch die Grenzen vorhanden, und deshalb erforschen Forschungsteams auf der ganzen Welt das Thema weiter.
Das Team von Wissenschaftlern des Institute for Molecular Science unter der Leitung des Doktoranden Yeelai Chew, des Assistenzprofessors Sylvain de Léséleuc und des Professors Kenji Ohmori führte die Forschung durch und veröffentlichte ihre Ergebnisse in Nature Photonics . Die Zwei-Qubit-Gate-Operation, die sie ausführen konnten, ist ein früher, aber wichtiger Schritt. Tom's Hardware war eine der ersten Veröffentlichungen, die den Prozess detailliert beschrieben, nachdem der erste Artikel in Nature online erschienen war.
Qubits sind das Quantenäquivalent der Bits, die wir alle aus der täglichen Computerarbeit kennen. Qubits haben jedoch einen Vorteil – sie sind nicht auf einen Wert von eins oder null beschränkt; Stattdessen können sie sowohl Eins als auch Null darstellen. Dies macht sie viel effizienter und setzt ihre Fähigkeit frei, komplexe Aufgaben in einem viel, viel kürzeren Zeitrahmen auszuführen. Leider sind Qubits schnell dekohärierbar, was bedeutet, dass sie keine genauen Ergebnisse mehr liefern.
Eine Zwei-Qubit-Gate-Operation erfordert, dass die Qubits verschränkt sind, und diese Verschränkung wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die die Dekohärenz beschleunigen können. Das Problem der Dekohärenz kann auf zwei Arten behandelt werden – die Operationen müssen viel schneller durchgeführt werden, bevor die Qubits dekohären, oder die Verschränkung muss länger dauern. Das Wissenschaftsteam entschied sich für den ersten Ansatz, der darin bestand, die Dinge drastisch zu beschleunigen – und erzielte dabei einen Weltrekord.
Die Forscher setzten Laser ein, um zwei Atom-Qubits aus dem Element Rubidium drastisch herunterzukühlen. Die Temperaturen erreichten fast einen absoluten Nullpunkt und gingen bis auf –273,15 Grad Celsius zurück. Diese Atome wurden dann mit einer optischen Pinzette innerhalb eines Mikrometers voneinander befestigt. Dann benutzten sie einen Laser, um die Qubits in 10-Pikosekunden-Intervallen zu manipulieren. Eine Pikosekunde entspricht einer Billionstel Sekunde.
Durch die oben genannten Schritte konnten die Forscher ein Quantengatter in nur 6,5 Nanosekunden erfolgreich ausführen, was es zur weltweit schnellsten Zwei-Qubit-Gatteroperation macht. Der bisherige Rekord lag bei 15 Nanosekunden.
Dieser Sprung bedeutet zwar nicht, dass Quantencomputing plötzlich weit verbreitet sein wird, aber es bedeutet, dass Wissenschaftler große Fortschritte in diese Richtung machen. Leider ist es schwierig, diese Art von Technologie in einer HPC-Umgebung zu replizieren, wo sie am häufigsten verwendet wird.
Die Rubidium-Atom-Qubits, die von den Forschern zur Ausführung dieses ultraschnellen Qubit-Gatters verwendet wurden, müssen nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden, um zu funktionieren. Dies kann in besonderen Fällen möglich sein, aber realistischerweise würden sich die meisten Organisationen einer anderen Lösung zuwenden, bis diese einfacher zu verwalten ist. Auf der anderen Seite, auch wenn diese Technologie eines Tages nicht zur ersten Wahl werden wird, ist die Forschung wichtig, da Wissenschaftler weiterhin versuchen, festzustellen, wo genau die Zukunft des Computing liegt.