Die Prozessoren von IBM zeichneten sich durch ihre Fähigkeit aus, Quantenschaltkreise mit großer Tiefe zu handhaben. Quantinuum wiederum glänzte in Tests mit einer großen Anzahl von Qubits. Diese Leistungen spiegeln die jüngsten technologischen Fortschritte wider, insbesondere in Hardware und Software.
Die Studie zeigt auch, dass das neueste IBM-Modell namens Marrakesh nicht die erwarteten Verbesserungen erreicht hat. Trotz einer Reduzierung der Fehler pro Quantengatter blieben seine Leistungen ähnlich wie beim Vorgängermodell. Dieses Ergebnis unterstreicht die anhaltenden Hindernisse in der Entwicklung von Quantentechnologien.
Quantinuum erzielte einen wichtigen Erfolg mit seinem Prozessor H2-1, der Probleme mit 56 Qubits verarbeiten kann. Diese Leistung übertrifft in bestimmten Situationen die Fähigkeiten klassischer Computer. Die Forscher nutzten einen speziellen Algorithmus, um diese Fähigkeit zu bewerten, und demonstrierten so das praktische Potenzial von Quantencomputern.
Der von dem Team entwickelte Benchmark basiert auf dem MaxCut-Problem, das für seine Rechenkomplexität bekannt ist. Diese Methode ermöglicht eine standardisierte und kostengünstige Bewertung der Leistungen verschiedener Systeme. Die erzielten Ergebnisse liefern wertvolle Hinweise auf den aktuellen Stand der Quantentechnologie.
Trotz seiner Vorteile hat der Benchmark Grenzen, wie das Fehlen einer dynamischen Anpassung der Parameter während der Berechnung. Die Wissenschaftler fordern die Entwicklung zusätzlicher Tests, um die Leistungen von Quantenprozessoren besser zu erfassen. Dieser pluralistische Ansatz könnte die Fortschritte in diesem Bereich beschleunigen.
Die Ergebnisse dieser Studie eröffnen interessante Perspektiven für die Zukunft des Quantencomputings. Sie beleuchten die Fortschritte der verschiedenen Akteure in der Branche und identifizieren gleichzeitig die notwendigen Verbesserungen, um eine echte, industriell nutzbare Quantenüberlegenheit zu erreichen.
Wie funktioniert der MaxCut-Benchmark zur Bewertung von Quantenprozessoren?
Das MaxCut-Problem ist ein Optimierungsproblem, das zur Leistungsbewertung von Quantenprozessoren verwendet wird. Es besteht darin, einen Graphen in zwei Teilmengen zu unterteilen, um die Anzahl der Kanten zwischen ihnen zu maximieren. Dieses Problem wurde als Benchmark gewählt, weil es für klassische Computer schwer zu lösen ist und seine Komplexität durch die Größe des Graphen angepasst werden kann.
Der MaxCut-Benchmark misst die Fähigkeit eines Quantenprozessors, Quantenschaltkreise unterschiedlicher Tiefe und Breite auszuführen. Die Tiefe bezieht sich auf die Anzahl der aufeinanderfolgenden Operationen, während die Breite der Anzahl der verwendeten Qubits entspricht. Diese beiden Parameter sind entscheidend für die Bewertung der Leistung und Flexibilität eines Quantensystems.
Ein System fällt durch den Test, wenn seine Ergebnisse nicht mehr von denen eines Zufallsgenerators zu unterscheiden sind. Diese Schwelle bestimmt, bis zu welchem Punkt ein Quantenprozessor sinnvolle Ergebnisse liefern kann, bevor Rauschen und Fehler überhand nehmen.
Der MaxCut-Benchmark ist besonders nützlich, weil er einfach zu implementieren und skalierbar ist. Er kann an eine breite Palette von Quantensystemen angepasst werden, was ihn zu einem wertvollen Werkzeug für den Vergleich der Leistungen verschiedener Quantentechnologien macht. Wie jeder Benchmark hat er jedoch seine Grenzen und muss durch weitere Tests ergänzt werden, um eine umfassende Bewertung zu erhalten.
Was ist ein Qubit und warum ist es grundlegend für Quantencomputing?
Ein Qubit ist die grundlegende Einheit der Quanteninformation, analog zum klassischen Bit. Im Gegensatz zu einem Bit, das entweder 0 oder 1 sein kann, kann ein Qubit in einem Superpositionszustand existieren, also einer gleichzeitigen Kombination von 0 und 1. Diese Eigenschaft ermöglicht es Quantencomputern, für bestimmte Aufgaben exponentiell mehr Informationen zu verarbeiten als klassische Computer.
Die Quantenverschränkung ist eine weitere Schlüsseleigenschaft von Qubits. Wenn zwei Qubits verschränkt sind, beeinflusst der Zustand des einen instantan den des anderen, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dieses Phänomen ermöglicht die Erstellung extrem leistungsfähiger Quantenschaltkreise zur Lösung komplexer Probleme.
Allerdings sind Qubits auch sehr fragil. Sie reagieren empfindlich auf ihre Umgebung, was zu Rechenfehlern führen kann. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung stabilerer Qubits und Fehlerkorrekturmethoden, um Quantencomputer zuverlässiger zu machen.
Fortschritte in der Manipulation von Qubits, wie die Einführung fraktionierter Gatter, haben die Leistungen von Quantenprozessoren deutlich verbessert. Diese Fortschritte sind entscheidend, um das Potenzial des Quantencomputings in Bereichen wie Kryptographie, Molekülmodellierung und Optimierung zu realisieren.