Forscher der Universität Oxford haben einen bedeutenden Fortschritt in der Quantencomputertechnik erzielt, indem sie erstmals einen verteilten Quantenalgorithmus auf mehreren Prozessoren erfolgreich ausgeführt haben. Dieser Durchbruch, der am 5. Februar 2025 bekannt gegeben wurde, ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Entwicklung skalierbarer Quantencomputer, die in der Lage sind, komplexe Rechenaufgaben zu lösen, die derzeit für klassische Computer unlösbar sind.
Das Team erreichte dies, indem es zwei verschiedene Quantenprozessoren über eine photonische Netzwerkverbindung miteinander verband und so demonstrierte, wie kleinere Quantenbausteine miteinander verbunden werden können, um als ein einheitlicher, hocheffizienter Quantencomputer zu fungieren. Dieser Ansatz bietet eine Lösung für die Herausforderung der Skalierung von Quantencomputern, die lange Zeit ein großes Hindernis darstellte, da die derzeitigen Technologien begrenzt sind.
Die Architektur basiert auf modularen Komponenten, die eine begrenzte Anzahl von Ionenfallen-Qubits enthalten, die über optische Fasern miteinander verbunden sind. Diese Methode ermöglicht eine effiziente Datenübertragung und ermöglicht die Verschränkung von Qubits, die in verschiedenen Modulen untergebracht sind, eine entscheidende Voraussetzung für die Ausführung komplexer Quantenlogikoperationen. Die Forscher demonstrierten auch die erfolgreiche Teleportation von Logikgatteroperationen über das Netzwerk, einen bedeutenden Fortschritt in der Quanten-Teleportation-Technologie.
Das Team implementierte erfolgreich den Grover-Suchalgorithmus in diesem verteilten Quantensystem und zeigte damit das Potenzial dieser miteinander verbundenen Prozessoren, die Rechenleistung heutiger Supercomputer zu übertreffen. Dieser Algorithmus nutzt Quantenmerkmale wie Superposition und Verschränkung, um gleichzeitig mehrere Möglichkeiten zu erforschen, wodurch die Rechengeschwindigkeit deutlich erhöht wird.
Professor David Lucas, der leitende Forscher des Forschungsteams, betonte die Machbarkeit der verteilten Quanteninformationsverarbeitung über Netzwerke mit der heutigen Technologie. Diese Leistung ebnet den Weg für zukünftige Innovationen in der Quantencomputertechnik, mit dem Potenzial, Industrien zu verändern, die auf hochleistungsfähige Rechenleistung angewiesen sind.
Die Forscher sehen die Flexibilität ihres Systems als einen großen Vorteil. Durch die Verwendung von Photonenverbindungen zur Verbindung von Modulen können Forscher einzelne Komponenten aufrüsten oder austauschen, ohne das gesamte System grundlegend zu überarbeiten. Diese Anpassungsfähigkeit positioniert die Architektur gut für zukünftige Fortschritte und Optimierungen.
Diese bahnbrechende Arbeit im Bereich der verteilten Quantencomputertechnik eröffnet neue Wege für die Zusammenarbeit in der Forschung und inspiriert die Entwicklung neuer Quantenalgorithmen und -anwendungen. Die Aussicht, verteilte Quantennetzwerke zu schaffen, die in der Lage sind, Rechenressourcen über Entfernungen hinweg zu teilen, könnte verschiedene Industrien revolutionieren, von der Kryptographie bis hin zur Simulation komplexer Materialien.