Chinesen halten ihr Wort und beweisen Quantenüberlegenheit auf größerer Matrix

Chinesische Wissenschaftler haben bekannt gegeben, dass sie ihr im vergangenen Dezember gegebenes Wort gehalten und ihr optisches System so verbessert haben, dass es Quanten-Gauß-Bosonen-Sampling auf einer 144x144-Matrix durchführt. Damit bestätigten sie, dass ihr Quantencomputer die Quantenüberlegenheit erreicht hat, d. h. er ist in der Lage, Berechnungen durchzuführen, die klassische Computer nicht in angemessener Zeit ausführen können. Wir haben bereits mehrfach von der Erreichung der Quantenüberlegenheit gehört. Das behauptet zum Beispiel Google im Jahr 2019.

Bild Quelle: Pixabay ; Artikel Physical Review Letters

Jedes Mal erhoben die Experten jedoch Einwände gegen die verwendeten Algorithmen. Dieses Mal, so versichern uns die Chinesen, wird es keine solchen Einwände geben. Die Arbeit der Wissenschaftler des National Physical Sciences Laboratory an der Chinese University of Science and Technology in Hefei wurde von Jian-Wei Pan geleitet. Ziel der Arbeit war es, einen Quantencomputer zu bauen, der die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Ergebnisses am Ausgang einer Quantenschaltung berechnet. Klassische Computer können eine solche Aufgabe ohne größere Probleme lösen, vorausgesetzt, es gibt nur wenige Ausgangs- und Eingangspunkte einer solchen Schaltung. Wenn es jedoch mehr davon gibt, wird die Zeit, die für die Durchführung von Berechnungen mit klassischen Computern benötigt wird, so lang, dass die Durchführung der Berechnungen ihren Sinn verliert. Das Team führte ein Gauß'sches Bosonen-Sampling (GBS) durch.

Wie funktioniert das? Stellen Sie sich ein optisches System mit vielen Eingängen und Ausgängen vor. Wir lassen dann einzelne Photonen hinein, die auf ihrem Weg zum Ausgang auf verschiedene optische Komponenten wie Strahlteiler oder Spiegel treffen. Unsere Rechenaufgabe besteht darin, zu bestimmen, welche Photonen am Ausgang erscheinen werden. Wir können uns ein solches System also als eine Matrix vorstellen, die eine Transformation der Konfiguration der am Eingang eingelassenen Photonen in eine Ausgangskonfiguration vornimmt. Die Bestimmung der Ausgangskonfiguration ist selbst bei einer kleinen Matrix von Verteilern und Spiegeln sehr schwierig. Da es immer mehr Ein- und Ausstiegspunkte gibt, ist es äußerst schwierig, das Ergebnis eines solchen Experiments zu bestimmen.

Im vergangenen Dezember verwendeten die Chinesen eine GBS, die aus 100 Eingabe- und 100 Ausgabepunkten bestand. Damals berichteten sie, dass ihr System die Berechnung in etwa 200 Sekunden durchführte. Der chinesische Supercomputer Sunway TaihuLight, der viertstärkste Computer der Welt zu dieser Zeit, hätte dagegen... etwa 2,5 Milliarden Jahre gebraucht. Nach dem erfolgreichen Experiment gaben die Forscher bekannt, dass sie das GBS so weit verbessert hatten, dass sie Experimente mit einer 144x144-Matrix durchführen konnten.