Eine unerwartete Herausforderung für die Quantenüberlegenheit. Physiker vom Center for Computational Quantum Physics am Flatiron Institute der Simons Foundation haben zusammen mit Kollegen der Boston University bewiesen, dass eine Aufgabe, die zuvor als für klassische Computer unlösbar galt, auf einer normalen Maschine – und sogar auf einem Laptop – simuliert werden kann.
Die Debatte begann im März 2025, als eine Forschungsgruppe im Fachjournal Science eine revolutionäre Behauptung veröffentlichte: Ihnen sei es gelungen, das Verhalten eines komplexen Quantensystems auf einem Quantencomputer zu simulieren, was angeblich mit klassischen Mitteln nicht wiederholbar sei. Joseph Tindall, ein Wissenschaftler vom Flatiron Institute, hob skeptisch eine Augenbraue, als er diese Behauptung hörte. Er und seine Kollegen beschlossen zu prüfen, ob die Aufgabe tatsächlich unlösbar sei.
Im Mittelpunkt der Forschung steht die Simulation von Systemen mit Hunderten von interagierenden Qubits, die in quadratischen, kubischen und anderen regelmäßigen Gittern angeordnet sind. Genau diese Aufgabe nannten die Gegner als unmöglich für klassische Berechnungen – angeblich wären Zehntausende von Jahren kontinuierlicher Berechnung erforderlich.
Die Lösung fand sich in Tensornetzwerken – einem mathematischen Werkzeug, das die riesige Wellenfunktion eines Quantensystems buchstäblich wie ein ZIP-Archiv Dateien „komprimiert“. Dies reduziert die zu verarbeitende Informationsmenge drastisch. Tindall führte die ersten Berechnungen auf seinem Laptop mit der ITensor-Bibliothek durch, die von seinen Kollegen am Center entwickelt wurde. Das Ergebnis war verblüffend: Eine Aufgabe, an der ein Quantencomputer stundenlang arbeitete, löste ein klassischer Laptop in 30 Minuten. Auf einigen Laptops dauerten die Berechnungen bis zu zwei Stunden und benötigten nur 40 Megabyte Arbeitsspeicher – weniger als die Größe eines einfachen Videos in sozialen Medien.
Der Schlüsseltrick ist ein adaptierter Belief Propagation Algorithmus, der auf die 1980er Jahre zurückgeht. Tindall und sein Team haben diese alte Methode für Quantensysteme umgearbeitet und es geschafft, ein Potenzial daraus zu schöpfen, das jahrzehntelang niemand gesehen hatte. Der Ansatz ist günstiger und schneller als alternative Methoden, wenn auch etwas weniger präzise – aber für praktische Aufgaben hinreichend genau.
Besonders beeindruckend: Die Ergebnisse stimmten nicht nur mit theoretischen Vorhersagen überein, sondern auch mit Daten, die auf einem echten Quantencomputer erzielt wurden. Die Genauigkeit erreichte ein Niveau, das der klassischen Wissenschaft unerreichbar schien. Das bedeutet, dass die Quantenüberlegenheit bei dieser Aufgabe entweder sehr gering ist oder schlichtweg nicht existiert.
Die Wissenschaftler betonen die wichtigste Schlussfolgerung: Klassische und Quantenberechnungen sind keine Feinde, sondern Verbündete. Klassische Simulationen helfen, übertriebene Ansprüche auf Quantenüberlegenheit zu entlarven und besser zu verstehen, wofür Quantengeräte wirklich nützlich sind. Gleichzeitig inspiriert jeder Durchbruch in der Quanten-Hardware Entwickler zu neuen klassischen Methoden und Algorithmen.
Nun widmet sich Tindalls Team einer anspruchsvolleren Herausforderung: der Simulation von Elektronen, die sich zwischen den Gitterknoten bewegen können. Diese Systeme sind noch komplexer und näher an realen Quantenmaterialien – Magneten, Supraleitern, exotischen Substanzen, die Physiker synthetisieren und verstehen wollen. Die Forschung zeigt, dass die Grenze zwischen der klassischen und der Quantenwelt verschwommener ist, als man dachte, und beide Ansätze werden sich gegenseitig auf dem Weg zu echten Durchbrüchen unterstützen.
