Quantencomputer

Statt zwei Zustände wie beim Bit werden vier Zustände genutzt. Die Leistung und Verlässlichkeit von Quantencomputern soll dadurch steigen.

TU Wien Pressemitteilung: Quantencomputer werden viel-dimensional

Ein Geflecht aus kupferfarbenen Kabeln umschließt einen unscheinbaren Chip in der Mitte. Zu sehen ist der Advantage2-Quantenannealer von D-Wave. Dieser Quantenrechner steht künftig an der Florida Atlantic University in den USA. Er kann Optimierungsprobleme lösen, bei denen klassische Rechner an ihre Grenzen stoßen.

Fehlerkorrektur und Quantenverschränkung werden durch Manipulation eines Gitters kombiniert. Es ist ein Weg zu skalierbaren Quantencomputern.

Paper: Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits | PDF

Wie ein Quantencomputer Optimierungsprobleme löst 

Ein Geflecht aus knallig roten Kabeln umschließt einen unscheinbaren Chip in der Mitte. Zu sehen ist der Advantage2-Quantenannealer von D-Wave. Die Spezialität dieses Quantencomputers sind Optimierungsprobleme: Aufgaben, bei denen unzählige Möglichkeiten gegeneinander abgewogen werden müssen und die selbst moderne Supercomputer schnell an ihre Grenzen bringen.

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.

Dauer: 46 min

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