Quantencomputer gewinnt ersten Vergleichstest

Eine Studie, die einen Quantencomputer von D-Wave Systems und klassische Computer gegenüberstellt, hat ergeben, dass der neuartige Rechner bestimmte Aufgaben, die dem "Problem des Handlungsreisenden" ähneln, tatsächlich wesentlich effektiver lösen kann. Die Studie klärt allerdings nicht, ob man einen D-Wave-Rechner wirklich als Quantencomputer bezeichnen sollte. Daran zweifeln Experten nämlich. [...]

„Unser Paper ist meines Wissens nach das erste, das den Quanten-Zugang unter Nutzung der gleichen Problemstellungen mit konventionellen Methoden vergleicht“, betont Catherine McGeoch, Informatikprofessorin am Amherst College. Der genutzte D-Wave-Chip war je nach Problem bis zu 10.000 Mal schneller.

Zwar ist umstritten, ob ob D-Waves Rechner wirklich als Quantencomputer im eigentlichen Sinne zu sehen sind. „Die Studie zeigt jedenfalls, dass die Systeme – ob nun echte Quantencompter oder nicht – wirklich eine interessante Rolle spielen“, meint Peter Rabl, Quantenoptiker am Atominstitut der TU Wien, gegenüber der Nachrichtenagentur pressetext. Denn der Erfolg beim Leistungsvergleich belegt, dass sie durchaus Potenzial als Rechensystem haben.

Das Problem des Handlungsreisenden ist eine mathematische Optimierungsaufgabe, bei der die Route für den Besuch mehrerer Städte so zu wählen ist, dass die Gesamtstrecke möglichst gering ausfällt. Diese Aufgabe wird umso schwerer, desto mehr Orte besucht werden und ist damit ein Prototyp eines sogenannten NP-schweren Problems, bei dem der Rechenaufwand sehr schnell sehr stark ansteigt. Die Studie hat gleich drei Problemstellungen aus dieser Klasse genutzt, um die Leistung von D-Wave-Chips mit mehreren klassischen Algorithmen zu vergleichen, die auf einem System mit sieben Xeon-Vierkern-CPUs laufen.

Ein D-Wave-Computer ist zwar schon aufgrund der nötigen Kühlung fast bis auf den absoluten Nullpunkt kein Alltagscomputer. „Wenn man will, dass er genau das Problem löst, für das er gebaut wurde, ist er bei den von mir getesteten Problemgrößen tausende Male schneller als alles andere, was ich kenne“, betont aber McGeoch. Für eines der Probleme konnte ein D-Wave-Chip mit 439 Quatenbits (Qubits) sogar den stärksten Konkurrenten um einen Faktor 10.000 ausstechen. Bei allgemeinere Problemstellungen könne der Ansatz der Informatikerin zufolge zumindest mithalten und merklich größeres Verbesserungspotenzial als klassische Computer und Algorithmen.

Die Studie klärt allerdings nicht, ob man einen D-Wave-Rechner wirklich als Quantencomputer bezeichnen sollte. Das zweifeln Experten schon seit frühen Demonstrationen an, das Funktionsprinzip – Quanten-Glühen, ein Prozess, der gewisse Ähnlichkeit mit dem Ausglühen von Metallen hat – hat mit gängigeren Vorstellungen von Berechnungen mithilfe von Quantengattern wenig gemein. McGeoch selbst will sich gar nicht festlegen, ob es sich nun um Quantencomputer handle, betont aber, dass D-Wave jedenfalls einen beachtenswerten Ansatz zur Problemlösung entwickelt habe.

„Es gibt konkrete Hinweise, das Quanteneffekte wirklich eine Rolle spielen“, meint indes Rabl. Er verweist darauf, dass erst im April ein Forscherteam, dem auch Physiker der ETH Zürich angehören, eine Arbeit vorab veröffentlicht hat, die entsprechende Beobachtungen an einem D-Wave-Chip mit 108 Qubits beschreibt. Insofern scheint denkbar, dass man durchaus zurecht von einer Art Quantencomputer sprechen kann, die man aber entsprechend klar von anderen Ansätzen unterscheiden sollte. (pte)