IBM hat kürzlich drei Demonstrationen eines Quantenvorteils angekündigt. Hier konzentrieren wir uns auf eine davon: IBM und Forschende der University of Chicago präsentierten ein neues Ergebnis des Quantencomputings, das auf einem supraleitenden IBM-Heron-Prozessor basiert. In einem neuen Preprint berichten sie über eine Berechnung mit 70 logischen Qubits, 2.415 logischen Zwei-Qubit-Operationen und 468 T-Gattern, die in etwa 15 Minuten abgeschlossen wurde.
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Unterdrückung von Hardwarefehlern durch kodierte logische Schaltungen und Fehlererkennung
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Verifizierung der Berechnung, selbst wenn eine vollständige klassische Simulation nicht mehr durchführbar ist
Das Experiment verwendet und schlägt einen neuen Benchmark namens Doped-Clifford-Sampling (DCS) vor. Er steht in Zusammenhang mit dem etablierteren Ansatz des Random-Circuit-Sampling (RCS), führt jedoch T-Gatter in ansonsten strukturierten Clifford-Schaltungen ein. Ziel ist es, die klassische Schwierigkeit der Berechnung zu erhalten und gleichzeitig die Fehlererkennung sowie die Schätzung der Genauigkeit praktikabler zu machen. Das ist ein bedeutender Fortschritt. Dennoch sollten wir präzise unterscheiden, was demonstriert wurde – und was nicht.
Der Vergleich mit früheren Experimenten zum Quantenvorteil ist nicht vollständig direkt, da viele frühere Ergebnisse RCS verwendeten, während das Ergebnis von IBM auf dem neu eingeführten DCS-Benchmark beruht. Es bleibt abzuwarten, wie andere Quantenplattformen bei derselben Aufgabe abschneiden würden und wie robust die behauptete klassische Schwierigkeit angesichts weiterer algorithmischer Untersuchungen sein wird. Außerdem sollte angemerkt werden, dass sowohl DCS als auch RCS für Quantencomputer einfach zu berechnen, für klassische Computer jedoch absichtlich schwierig sind. Viele Probleme aus dem wirklichen Leben weisen bestimmte Symmetrien auf, die genutzt werden können, um die Berechnung auf klassischen Computern zu vereinfachen. Abhängig von der – wahrgenommenen – Relevanz des jeweiligen Problems wurden diese Symmetrien über Jahrzehnte hinweg von Tausenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern untersucht.
Diese DCS- und RCS-Schaltungen stammen nicht aus Problemen des wirklichen Lebens. Daher wurden sie bislang nicht umfassend untersucht, und es sind keine bekannten Symmetrien vorhanden. Das macht sie für klassische Computer so schwierig, während sie für Quantencomputer nicht wesentlich schwieriger sind. DCS und RCS sind daher als Benchmarks nützlich, um die Leistungsfähigkeit von Quantencomputing-Projekten zu vergleichen, nicht jedoch als Probleme aus dem wirklichen Leben.
Schließlich handelt es sich um einen Preprint und nicht um eine peer-reviewte Veröffentlichung. Das bedeutet nicht, dass das Ergebnis unzuverlässig ist. Dennoch sollten die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden. Das Quantencomputing blickt auf eine Geschichte beeindruckender Behauptungen zurück, die später angepasst wurden, nachdem neue klassische Algorithmen, alternative Analysen oder strengere Benchmarking-Verfahren verfügbar geworden waren.
Unsere derzeitige Einschätzung lautet daher:
- ✅ Dies scheint ein substanzieller Fortschritt beim logischen Quantencomputing, bei der Unterdrückung von Fehlern und bei der Verifizierung zu sein.
- ✅ Es stärkt die Annahme, dass Quantenprozessoren in einen Bereich vordringen, den klassische Computer nicht ohne Weiteres reproduzieren können.
- ⚠️ Es sollte noch nicht als Beleg dafür interpretiert werden, dass breit nutzbare Quantenanwendungen bereits verfügbar sind.
- ⚠️ Die Verwendung eines neuen, speziell zu diesem Zweck entwickelten Benchmarks erschwert plattformübergreifende Vergleiche.
- ⚠️ Das Ergebnis sollte als starke und vielversprechende Behauptung betrachtet werden, nicht jedoch als abschließendes Urteil.
Vertrauen als Schlüssel
Eine der übergreifenden Lehren lautet, dass das Forschungsfeld bessere standardisierte Benchmarks, transparente Verifizierungsmethoden und unabhängige Replikationen benötigt. Darüber hinaus sollte dies für Europa ein Weckruf sein. Wenn technologische Souveränität im Bereich des Quantencomputings von Bedeutung ist, müssen Investitionen in Hardware, Fehlerkorrektur, Software und – ebenso wichtig – fachkundige Wissenschaftskommunikation Schritt halten. Der Quantenvorteil rückt vielleicht näher. Doch der wertvollste Fortschritt könnte die Entwicklung von Quantenberechnungen sein, die wir sowohl ausführen als auch vertrauen können.