Forscher der Universität Oxford haben erstmals erfolgreich verteiltes Quantencomputing demonstriert, indem sie zwei separate Quantenprozessoren zu einem vollständig vernetzten System verbunden haben. Dieser Durchbruch, veröffentlicht in Nature, bringt die Entwicklung von leistungsstarken Quanten-Supercomputern einen Schritt näher und ermöglicht die Lösung von Problemen, die für herkömmliche Computer unerreichbar sind.
Eine der größten Herausforderungen im Quantencomputing ist die Skalierbarkeit. Um bahnbrechende Berechnungen durchzuführen, müssen Quantencomputer Millionen von Qubits verarbeiten. Das Platzieren eines so großen Systems in einem einzigen Gerät ist jedoch aufgrund von Größen- und Kühlungsbeschränkungen nicht praktikabel. Der neue Ansatz löst dieses Problem, indem kleinere Quantenmodule über optische Fasern miteinander verbunden werden, sodass Berechnungen über ein Netzwerk verteilt werden können – ohne Begrenzung der Anzahl der verbundenen Prozessoren.
Das System basiert auf gefangenen Ionen-Qubit-Modulen, die Daten mithilfe von Photonen anstelle elektrischer Signale übertragen. Dies ermöglicht die Verschränkung von Qubits in separaten Modulen, sodass Quantenoperationen durch Quanten-Teleportation durchgeführt werden können. Während die Teleportation von Quanten-Zuständen bereits früher gelungen ist, ist dies das erste Mal, dass logische Quantenoperationen zwischen verschiedenen Prozessoren teleportiert wurden – ein entscheidender Schritt hin zu einem zukünftigen Quanten-Internet.
Diese Technologie ähnelt der Architektur von klassischen Supercomputern, bei denen mehrere Prozessoren zu einem leistungsfähigeren System verbunden werden. Um die Wirksamkeit der Methode zu beweisen, führten die Forscher erfolgreich Grovers Algorithmus aus, einen Quanten-Suchalgorithmus, der unstrukturierte Datenbanken wesentlich schneller durchsucht als klassische Computer. Dies zeigt, dass ein verteilter Ansatz die Rechenleistung von Quantencomputern erheblich erweitert, sodass sie Aufgaben bewältigen können, für die heutige Supercomputer Jahre benötigen würden.
Leitender Forscher Professor David Lucas betonte, dass das Experiment die Machbarkeit von netzwerkbasiertem Quantencomputing mit der derzeitigen Technologie bestätigt. Die Skalierung von Quantencomputern bleibt jedoch eine komplexe Herausforderung, die neue physikalische Erkenntnisse und technologische Durchbrüche erfordert. Die Studie wurde vom UK Quantum Computing and Simulation Hub unterstützt, einem Teil des britischen Nationalen Quanten-Technologieprogramms.