Quantencomputer

Studie (PDF): Entwicklungsstand Quantencomputer

Die vorliegende Version 2.2 kommt zu dem Ergebnis, dass die Realisierung eines kryptographisch relevanten Quantencomputers bis 2040 realistisch erscheint. Die erstmals 2018 veröffentlichte Studie beurteilt den Entwicklungsstand aktueller Technologien zur Realisierung eines kryptographisch relevanten Quantencomputers sowie kryptografisch relevanter Quantenalgorithmen.

Reifegrad und Hürden bei Quantencomputer, Quantenkommunikation und Co

Wann werden Quantencomputer, Quantenkommunikation und Co breit anwendbar? Und welche Quantentechnologie wird sich durchsetzen? Eine Einschätzung dazu haben Forschende jetzt in „Science“ veröffentlicht. Demnach ähnelt der aktuelle Stand der Ära der ersten Transistoren: Die ersten Technologien sind anwendungstauglich, Haupthürden sind aber Skalierung und Effizienz. Sie vergleichen zudem den Reifegrad von sechs Quantentechnologien – von supraleitenden Qubits über Ionen-Quantencomputer bis zu Quantenpunkten in Diamant.

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Noch gelten die meisten modernen Verschlüsselungsverfahren als ziemlich sicher. Doch manche der heute gängigen Algorithmen können durch hinreichend leistungsstarke Quantencomputer nicht nur geschwächt, sondern geradezu nutzlos werden, beispielsweise RSA. Denn Quantencomputer eignen sich hervorragend, um mathematische Probleme wie die Primfaktorzerlegung extrem effizient zu lösen.

Aktien von Rigetti und D-Wave sind binnen Wochen um über 34 Prozent eingebrochen. Analysten warnen vor Blasen-Indikatoren – wie bei KI.

Um brauchbare Ergebnisse zu liefern, brauchten Quantencomputer bislang extra Qubits zur Fehlerkorrektur. Forscher von IBM nutzen stattdessen FPGAs.

Paper: Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity | PDF

Rekord-Array aus atomaren Qubits demonstriert Skalierbarkeit und Präzision

Qubit-Rekord: US-Physiker haben erstmals ein stabiles Quantensystem mit 6.100 atomaren Quantenbits entwickelt – und damit die Skalierbarkeit der Technik demonstriert. Das neue Rekord-Array besteht aus neutralen Cäsiumatomen in einem Lasergitter, die bis zu 13 Sekunden lang in Überlagerung gehalten und mit gut 99-prozentiger Präzision kontrolliert werden konnten. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für praktisch nutzbare Quantencomputer mit effizienter Fehlerkorrektur [...]

Nicht die vielversprechende Rechenleistung, sondern die Fehleranfälligkeit der Quantencomputer soll die Verkehrsplanung revolutionieren.

Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI:

Quantencomputer könnten künftig helfen, Zugverspätungen schneller zu bewältigen – nicht wegen ihrer Rechenleistung, sondern dank ihrer Fehleranfälligkeit. Forscher der University of Maryland nutzen das natürliche „Quantenrauschen“ von Qubits, um unvorhersehbare Störungen im Bahnverkehr zu simulieren. So lassen sich bei Ausfällen oder Unfällen schneller Ersatzlösungen finden und Kettenreaktionen von Verspätungen eindämmen.

In Tests mit dem Straßenbahnnetz von Baltimore zeigte sich: Ein Quantencomputer mit 25 Qubits konnte nur zwei Züge neu planen, ein größeres Modell mit über tausend Qubits bereits zwölf. Zwar ist die Berechnung noch nicht schneller als mit herkömmlicher Hardware, doch das Prinzip funktioniert. Die nächste Generation von Quantencomputern soll die Simulation komplexer Systeme wie Bahnnetze dann effizienter machen – und möglicherweise auch auf andere chaotische Systeme übertragbar sein.

Paper: On the Baltimore Light RailLink into the quantum future | PDF

Paper (preprint): Experimental Demonstration of Logical Magic State Distillation | PDF

Eleqtron entwickelt einen Quantencomputer mit anderer Technik als viele Mitbewerber. Kann der erste praxistaugliche Rechner aus Deutschland kommen?

Mit Quantenkryptografie und -schlüsselaustausch: 16 vernetzte Städte sollen das größte Netz für Quantenkommunikation bilden.

Wie Kleinstsatelliten die Quantenkryptografie voranbringen sollen

In Zukunft könnte ein Netzwerk aus Minisatelliten bei der abhörsicheren Kommunikation helfen – indem sie Quantenschlüssel aus dem Orbit übertragen. Ein deutsches Forschungsteam hat bereits ein Quantenmodul für solche CubeSats entwickelt und im Orbit getestet. Doch wie funktioniert das Ganze? Und wozu ist das gut?

• Quanten als Verschlüsselungshelfer - Warum Quantenkryptografie wichtig ist
• Quantenschlüssel aus dem Orbit - Kleinst-Satelliten als Helfer der Quantenkryptografie
• QUBE, QUBE II und die Zukunft - Auf dem Weg zum deutschen Quantensatelliten-Netzwerk

Auf einer Seite lesen: Quanten-Verschlüsselung aus dem Weltall

Ein Glasfasernetz hat 17 Tage lang erfolgreich quantenverschränkte Photonen über eine Distanz von 30 km gesendet. Die praktische Umsetzung könnte aber scheitern.

Anders gesagt: Man kann quantenverschränkte Photonen übertragen, Qubits können quantenverschränkte Informationen erzeugen, aber das erfolgreiche Zusammenspiel wartet weiter auf eine Umsetzung.

Quanten-OS macht Anwendungen erstmals unabhängig von der Quanten-Hardware

Meilenstein fürs Quantencomputing: Physiker haben erstmals ein Betriebssystem für Quantensysteme entwickelt – eine einheitliche Architektur, die unabhängig von der Art des Quantencomputers und Quantennetzwerks funktioniert. Das QNodeOS bildet die Schnittstelle zwischen Software-Anwendungen und Hardware – ähnlich wie Windows, MacOs oder Unix in klassischen Computern. Dies vereinfacht die Programmierung und Nutzung von Quanten-Applikationen – und könnte das Quantencomputing damit entscheidend voranbringen, wie das Team in „Nature“ berichtet.

Paper: An operating system for executing applications on quantum network nodes | PDF

Zusammenfassung durch Le Chat - Mistral AI:

D-Wave behauptet, mit ihrem Quanten-Annealer erstmals ein nützliches Problem gelöst zu haben, das klassische Supercomputer übertrifft. Die Maschine simulierte das Verhalten magnetischer Materialien in wenigen Minuten, wofür ein Supercomputer nahezu eine Million Jahre benötigen würde.

Diese Demonstration wird als Quantenüberlegenheit bezeichnet, was bedeutet, dass Quantencomputer Probleme lösen können, die klassische Computer in realistischer Zeit nicht bewältigen. Bisherige Behauptungen von Quantenüberlegenheit waren oft umstritten oder hatten keinen praktischen Nutzen.

D-Wave's Quanten-Annealer, der D-Wave Advantage2, verfügt über mehr als 1.200 Qubits und ist spezialisiert auf Optimierungsprobleme. Die Forscher simulierten das Verhalten von Spingläsern, was für die Materialforschung relevant ist.

Experten warnen jedoch, dass auch klassische Simulationsmethoden sich weiterentwickeln. Kurz nach D-Waves Veröffentlichung gelang es anderen Teams, das Problem auf klassischen Computern zu lösen. D-Wave-CEO Alan Baratz verteidigt die Ergebnisse und betont, dass die Simulationen von D-Wave umfangreicher und tiefgreifender seien.

Hunderttausend Schaltungen soll der Quantencomputer erhalten, der mithilfe von Elektronenspins reale Rechenaufgaben übernehmen kann.

Noch steht die Technik ganz am Anfang, aber einem Forschungsteam der Universität Göteborg in Schweden ist es gelungen, dank des Spin-Hall-Effekts überlagernde Effekte sowohl zu provozieren als auch auszulesen.

Das sind zwar keine Quantenverschränkungen, die die Faszination für Quantencomputer ausmachen, aber wichtige Eigenschaften für zukünftige Problemlösungen überschneiden sich.

Paper: Spin-wave-mediated mutual synchronization and phase tuning in spin Hall nano-oscillators | PDF

Sie reden von Millionen Qubits in wenigen Jahren. Gebaut hat Microsoft ein Qubit und selbst an diesem gibt es ernste Zweifel.

Eine Recherche von Frank Wunderlich-Pfeiffer

cross-posted from: https://feddit.org/post/7653262

Erste Demonstration von verteiltem Rechnen auf modularen Quantencomputern

Geteiltes Quantengatter: Physiker haben erstmals zwei Quantencomputer so verkoppelt, dass sie gemeinsam eine Quantenaufgabe lösten. Dabei wurde ein Quanten-Logikgatter über zwei Meter hinweg „teleportiert“. Es ist der erste Nachweis verteilten Rechnens auf Quantenbasis, wie das Team in „Nature“ berichtet. Im Experiment dienten verschränkte Photonen als Mittler und ermöglichten eine instantane Übertragung der Quanteninformationen. Ein solcher Ansatz könnte die Skalierung künftiger Quantencomputer vereinfachen.

Paper: Distributed quantum computing across an optical network link | PDF