Der Ansatz namens Quantum Echoes läuft auf dem Willow-Quantenchip von
Google und löst eine konkrete Messaufgabe in Rekordzeit. Nach
Angaben von Google erreicht Willow dabei einen nachweisbaren Quantenvorteil und liefert 13’000 Mal schnellere Resultate als der beste klassische Algorithmus auf einem der schnellsten Supercomputer. Google spricht vom ersten verifizierbaren Algorithmus, der auf Quanten-Hardware einen solchen Vorteil zeigt.
Wie das Verfahren funktioniert, lässt sich wie ein Echo verstehen, das Informationen zurückbringt. Google vergleicht es mit einem Sonar, das nicht nur ein Schiffswrack erkennt, sondern sogar das Namensschild lesbar macht. Technisch sendet das Team ein sorgfältig aufgebautes Signal durch die kleinsten Informationseinheiten des Quantencomputers, die Qubits, stört ein Qubit gezielt, kehrt die Entwicklung präzise um und misst das zurückkehrende Echo. Laut Google verstärkt konstruktive Interferenz dieses Echo, was besonders empfindliche Messungen ermöglicht. Der zugrunde liegende Out-of-Order-Time-Correlator (OTOC) vergleicht Vorwärts- und Rückwärtsentwicklung und macht die Ergebnisse laut Google verifizierbar, weil gleichwertige Quantencomputer dieselbe Antwort reproduzieren können.
Für den Praxistest verband
Google den Algorithmus mit der Kernspinresonanz (NMR). NMR ist eine Labormethode, die ähnlich wie ein MRT in der Medizin winzige Magnetsignale von Atomkernen misst und daraus die Form eines Moleküls ableitet. Gemeinsam mit der University of California in Berkeley liess das Team den Willow-Chip zwei kleine Moleküle untersuchen, eines mit 15 und eines mit 28 Atomen.
Nach Angaben von Google deckten sich die Resultate mit Messungen aus der herkömmlichen NMR. Zusätzlich lieferte der Quantenchip weitere Strukturinformationen, also mehr Details über den Aufbau der Moleküle, die mit Standard-NMR normalerweise schwer zugänglich wären. So soll der Test zeigen, dass Quantum Echoes nicht nur schnell rechnet, sondern auch Ergebnisse liefert, die sich an bekannten Methoden überprüfen lassen.
Als mögliche Anwendungen nennt Google Arzneimittelforschung und Materialwissenschaft, etwa beim Analysieren von Bindungen potenzieller Wirkstoffe oder der Struktur neuer Batteriematerialien und Polymere. Quantum Echoes könne laut Google auch beim Verständnis natürlicher Systeme helfen, von Molekülen über Magnete bis hin zu schwarzen Löchern. Um Präzision und Tempo zu erreichen, brauche die Hardware sehr niedrige Fehlerraten und hohe Rechengeschwindigkeit, was Willow zuvor mit dem Random-Circuit-Sampling-Benchmark gezeigt habe. "Googles Algorithmus Quantum Echoes demonstriert das Potenzial von Quantencomputern, komplexe Wechselwirkungen von Spins effizient zu modellieren und zu entschlüsseln, möglicherweise sogar über grosse Entfernungen hinweg", sagt Ashok Ajoy Mitarbeiter von Google Quantum AI.
(dow)
