17.06.2022

TURBO FÜR QUANTENRECHNUNGEN

Časlav Brukner vom Wiener Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW, hat gemeinsam mit seinem Kollegen Martin J. Renner von der Universität Wien einen Weg gefunden, mit dem sich bestimmte Berechnungen in Quantencomputern erheblich beschleunigen lassen könnten: Wenn undefiniert bleibt, in welcher Reihenfolge einzelne Rechenschritte durchgeführt werden, kann das ihre Effizienz deutlich erhöhen. Das zeigten die Forscher in einer neuen Publikation in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters".

Quantenrechner könnten künftig noch schneller werden. © Klaus Pichler/ÖAW

Die Physiker veranschaulichten, dass die in Quantencomputern üblichen Qbits, die zwei Dimensionen - also zwei mögliche Zustände - haben, ausreichen, um eine Überlagerung verschiedener Reihenfolgen von Rechenschritten auch für komplexere Berechnungen zu nutzen. Damit ist der Weg frei, um das Prinzip mit Experimenten praktisch nutzbar zu machen. “Wir haben ein spezielles Problem gefunden, das sich auf diese Weise nutzen lässt. Damit haben wir bewiesen, dass das grundsätzlich möglich ist," sagt Brukner, der von einer weiteren Übertragbarkeit und Anwendbarkeit dieses Prinzips überzeugt ist. 

Die Forscher konnten darüber hinaus sogar bestimmen, wie groß der Geschwindigkeitsvorteil ist, wenn die Reihenfolge der Rechenschritte undefiniert bleibt. Je größer die Anzahl der Berechnungen, desto größer wird demnach der Unterschied. “Der Vorteil ist für einfache Systeme relativ klein, wächst aber mit dem Logarithmus der Zahl der Rechenschritte und wird für komplexere Berechnungen dadurch relevant”, sagt Coautor Martin Renner. Nach Ansicht der beiden Quantenphysiker könne nun damit begonnen werden, solche Systeme im Labor zu konstruieren und damit konkrete Berechnungen zu definieren, die sich mit diesem Ansatz beschleunigen lassen.

 

Publikation
„Computational Advantage from a Quantum Superposition of Qubit Gate Orders“, Martin J. Renner und Časlav Brukner, Physical Review Letters, 2022
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.230503