Drei D-Wave 2000Q-Prozessoren - ein Quantencomputer des Unternehmens, der Advantage2, soll nun erstmals einen Supercomputer bei einer Aufgabe übertroffen haben. (Bild: D-Wave)
Der Quantencomputer von D-Wave hat erstmals ein real-wirtschaftlich relevantes Problem schneller gelöst als klassische Supercomputer. Das hat das Unternehmen mitgeteilt. Die Forschung, veröffentlicht in Science, zeige, dass der Advantage2-Quantencomputer magnetische Materialsimulationen in Minuten berechnet – eine Aufgabe, die mit herkömmlicher Rechenleistung nahezu unmöglich wäre.
Die Relevanz dieser Entdeckung geht laut D-Wave weit über theoretische Physik hinaus. Die Simulation magnetischer Materialien ist essenziell für Fortschritte in Medizin, Elektronik, Superkonduktivität und Sensortechnik. Die Quantenüberlegenheit könnte den Weg für effizientere Materialentwicklungen ebnen – ein Paradigmenwechsel für Industrie und Wissenschaft.
Quantencomputing überholt klassische Supercomputer: Warum ist das so bedeutend?
Materialsimulationen gehören zu den anspruchsvollsten Berechnungen in der Wissenschaft und Industrie. Sie erfordern hochkomplexe mathematische Modelle, die bisher nur durch Supercomputer mit immensem Energieaufwand gelöst werden konnten. Der entscheidende Vorteil des Advantage2-Quantencomputers liegt laut D-Wave in der Nutzung quantenmechanischer Phänomene wie Tunnelung und Verschränkung, die es ermöglichen, extrem schwierige Optimierungs- und Simulationsprobleme exponentiell schneller zu lösen als klassische Computer.
Besonders eindrucksvoll sei die Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory, bei der die Quantencomputer-Technologie von D-Wave gegen den Frontier-Supercomputer antrat – einen der leistungsstärksten klassischen Hochleistungsrechner weltweit. Während der Supercomputer für die anspruchsvollsten Berechnungen an seine Grenzen stieß, konnte D-Waves Quantenrechner die Simulationen in einem Bruchteil der Zeit durchführen und gleichzeitig präzisere Ergebnisse liefern, so die Mitteilung.
Diese Entwicklung zeige eindrucksvoll, dass klassische Supercomputer an ihre physikalischen und technologischen Grenzen stoßen. Selbst modernste GPU-Cluster seien nicht in der Lage, die komplexen Wechselwirkungen von Quantensystemen in einer praktikablen Zeit zu berechnen. Die benötigte Rechenzeit würde sich auf fast eine Million Jahre belaufen, während der Energieverbrauch die gesamte jährliche Stromproduktion der Welt übersteigen würde.
Ein weiterer entscheidender Faktor sei die Genauigkeit der Simulationen. Während klassische Algorithmen quantenmechanische Effekte nur näherungsweise berechnen können, ermöglicht der Quantencomputer eine direktere und realitätsnähere Simulation. Dadurch können Wissenschaftler neue Materialien mit noch nie dagewesener Präzision analysieren und entwickeln.
Die Technologie hinter D-Waves Quantencomputer: Was macht Advantage2 so besonders?
D-Wave setzt nach eigenen Angaben bei seinen Quantencomputern auf das Prinzip des Quantum Annealing, das sich besonders für Optimierungs- und Simulationsprobleme eigne. Während andere Quantencomputer-Ansätze noch mit Herausforderungen wie Fehlerkorrektur kämpfen, könne D-Wave seine Technologie bereits für praktische Anwendungen nutzen.
Der Advantage2-Quantencomputer zeichnet sich laut Hersteller durch eine Vielzahl technischer Innovationen aus. Eine höhere Anzahl an Qubits ermögliche es, noch komplexere Simulationen durchzuführen. Gleichzeitig sei die Kohärenzzeit der Qubits verbessert worden, wodurch stabilere und präzisere Berechnungen möglich seien. Die optimierte Konnektivität zwischen den Qubits erlaube es dem System, noch effizienter zu arbeiten und bessere Ergebnisse zu liefern.
Laut D-Wave wurde der Prototyp des Advantage2-Quantencomputers bereits erheblich weiterentwickelt. Während die aktuelle Studie mit einer bestimmten Anzahl von Qubits durchgeführt wurde, existiert bereits eine erweiterte Version des Systems, die mit Tausenden von Qubits arbeitet. Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für die Simulation noch größerer und komplexerer Systeme.
Welche realen Anwendungen könnten jetzt möglich sein?
Die Simulation magnetischer Materialien ist nur eines von vielen Anwendungsfeldern, in denen Quantencomputing einen entscheidenden Vorteil bieten kann, sagt D-Wave. Diese Technologie könnte beispielsweise eine Schlüsselrolle in der Optimierung von Lieferketten spielen, indem sie hochkomplexe Netzwerke und Abläufe effizient analysiert und optimiert. Auch in der pharmazeutischen Forschung eröffnet Quantencomputing neue Perspektiven, indem es die Entwicklung neuer Medikamente durch detaillierte Simulationen von Molekülstrukturen beschleunigt.
Ein weiteres großes Einsatzgebiet liegt im Bereich künstlicher Intelligenz und maschinellen Lernens. Die Rechenleistung von Quantencomputern könnte es ermöglichen, völlig neue Algorithmen zu entwickeln, die selbst komplexeste Muster und Datenstrukturen analysieren können. Auch die Finanzbranche könnte von dieser Technologie profitieren, etwa durch genauere Risikoanalysen und optimierte Handelsstrategien.
Ein Wendepunkt in der Quantenforschung
Die Demonstration von Quantenüberlegenheit in einem praktischen, wirtschaftlich relevanten Problem markiert für D-Wave einen entscheidenden Moment in der Geschichte des Quantencomputings. Während bisherige Behauptungen über die Überlegenheit von Quantencomputern oft umstritten waren oder sich auf theoretische Szenarien beschränkten, zeige die Arbeit von D-Wave einen realen, messbaren Vorteil gegenüber klassischen Supercomputern.
Die Auswirkungen könnten weitreichend sein – für Wissenschaft, Industrie und Technologie gleichermaßen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Quantencomputern wird sich zeigen, in welchen weiteren Bereichen diese revolutionäre Technologie klassische Computer ablösen kann. Klar ist: Die Quantenrevolution hat begonnen, und D-Wave steht an vorderster Front dieser bahnbrechenden Entwicklung.
Mit Material von D-Wave