Selbst Quantencomputer können von Selbstverbesserung profitieren

Als Albert Einstein 1935 erstmals die Quantenverschränkung beschrieb, verwendete er aufgrund ihres seltsamen Verhaltens Begriffe wie „spukhaft“. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass er sich jemals vorstellen konnte, dass diese seltsamen Teilchen das Rückgrat einer Quantencomputer-Revolution bilden würden.

Damals war die Quantenphysik etwas völlig Neues und ist bis heute eine Spitzenwissenschaft mit dem Potenzial, die Welt, wie wir sie kennen, grundlegend zu verändern. Quantencomputer verschieben auch heute noch die Grenzen der Technologie und tragen entscheidend zum Verständnis der Quantenverschränkung bei.

Was sind Quantencomputer und wie funktionieren sie?

Viele sehen in Quantengeräten die Zukunft des Hochgeschwindigkeitsrechnens. Diese leistungsstarken Maschinen können selbst die modernsten Supercomputer um ein Vielfaches übertreffen. Ihre verbesserte Leistung und ihr Leistungsvermögen verdanken sie der Tatsache, dass diese Geräte auf Quantenbits, sogenannten Qubits, statt auf herkömmlichen Rechenbits basieren.

Qubits bieten deutlich mehr Rechenleistung, da sie die einzigartigen Eigenschaften der Quantenphysik nutzen. Durch Superposition, Verschränkung und Quanteninterferenz können Computer mit weitaus größerer Leistungsfähigkeit als herkömmliche Systeme entstehen.

Quantenverschränkung in modernen Computern verstehen

Beeindruckenderweise können Quantencomputer aufgrund der Zusammensetzung von Qubits und der Quantenverschränkung eine so hohe Leistung erbringen. Quantenverschränkung bezeichnet ein einzigartiges Phänomen, bei dem zwei Teilchen trotz ihrer Entfernung miteinander verbunden bleiben.

Selbst Lichtjahre Entfernung können quantenverbundene Qubits nicht trennen. Insbesondere können in Quantenverschränkung gefangene Teilchen nicht unabhängig voneinander beschrieben werden, da ihr Zustand von allen gesperrten Teilchen geteilt wird.

Wie wird Quantenverschränkung heute nachgewiesen? Aktuelle Methoden erklärt

Eines der größten Hindernisse für die Entwicklung von Quantencomputern ist die extreme Schwierigkeit, Quantenverschränkung zu erkennen. Die aktuelle Methode nutzt den Clauser-Horne-Shimony-Holt-Ansatz (CHSH), der 1969 eingeführt wurde. Dieser Ansatz kann Verschränkung erkennen, indem er Inkonsistenzen zwischen Quantenvorhersagen und lokalem Realismus aufspürt.

Neueste Durchbrüche im Quantencomputing: Update 2025

Die CHSH-Methode ist seit Jahren der bevorzugte Ansatz für Quantencomputer-Ingenieure. Jüngste Fortschritte in der KI haben jedoch adaptive, auf maschinellem Lernen basierende Methoden zur Erkennung von Verschränkungen populärer gemacht. Ingenieure haben leistungsstarke neuronale Netzwerke entwickelt, die Quantenzustände besser überwachen und zwischen verschränkten und trennbaren Zuständen klassifizieren können.

Einschränkungen heutiger Quantencomputer und wie Wissenschaftler sie überwinden

Eines der Hauptprobleme der modernsten Quantencomputer von heute liegt in der Detektion verschränkter Teilchen. Diese Systeme, wie CHSH, können nie eine genaue Messung durchführen, da die Beobachtungsmethode nachweislich einige Quantenzustände stört und zerstört.

Ironischerweise kann Quantenverschränkung zwar Teilchen über Galaxien hinweg verbinden, ist aber selbst sehr fragil. Werden CHSH-Instrumente zur Messung eines Quantenzustands und lokaler Messungen an räumlich getrennten Subsystemen eingesetzt, führt dies unbeabsichtigt zum Kollaps der globalen Wellenfunktion in weiten Teilen des Systems.

Neue Studie: Wie Quantencomputer ihre eigene Verschränkung erkennen können

Die Studium "Erkennen und Schützen von Verschränkung durch Nichtlokalität, variationelle Verschränkungsbezeugung und nichtlokale Messungen"¹  Eine in Physical Review Letters veröffentlichte Studie zeigt eine bessere Methode auf, um zu erkennen, wann Quantenverschränkung erreicht ist. Anstatt sich bei der Lösung dieser Aufgabe auf einen KI-Algorithmus zu verlassen, stellten Ingenieure der Tohoku University und der St. Paul's School in London eine quantenbasierte Option vor.

Dies ist der erste Quantenalgorithmus, der Verschränkungen erkennen kann, ohne dabei Schaden anzurichten. Die Ingenieure geben an, dass ihr neues nichtlokales Messsystem, genannt Variational Entanglement Witness (VEW), es Quantencomputern ermöglicht, ihren Quantenzustand zu überprüfen.

Was ist Variational Entanglement Witness (VEW) im Quantencomputing?

Das Witness-Protokoll für variationelle Verschränkung analysiert zunächst jeden Zustand mithilfe des proprietären Quantenalgorithmus. Dieses neue System berücksichtigt Daten eines parametrisierten Witness-Operators und kombiniert diese mit beliebigen CHSH-Ungleichungen.

Dieser Ansatz ermöglicht es dem System, die Partikel in zwei Kategorien zu trennen: verschränkte und trennbare. Im Gegensatz zu früheren Ansätzen ermöglicht diese Methode eine optimierte Verschränkungserkennung, ohne dass es zu einer Verschlechterung der verschränkten Partikel im Beobachtungsbereich kommt.

Quelle – Tohoku-Universität

Quantencomputer im Test: Wie VEW die Verschränkung bewahrt

Um ihre Theorie zu testen, begannen die Ingenieure mit supraleitenden Chips. Ziel dieser Maßnahme war es, die nichtlokale Messung zu simulieren und den Zustand der Quanten-Qubits nach der Messung zu bewerten, um den Erhalt der Verschränkung in den optimierten Bereichen zu bestätigen. Die Tests umfassten sowohl Labortests als auch Computersimulationen.

Die Ingenieure kamen zu dem Schluss, dass ihre neue Methode die Zuverlässigkeit der Verschränkungserkennung auf breiter Front verbessert. Sie übertrifft frühere Methoden, einschließlich KI-gestützter Optionen, zuverlässig und optimiert die Effizienz bei der Unterscheidung zwischen trennbaren und verschränkten Zuständen.

Der Test zeigt eindrucksvoll, dass die Methode detaillierte Messungen durchführen kann, ohne einen Kollaps der Wellenfunktion zu verursachen. Daher wird sie für zukünftige technologische Entdeckungen und Forschungen von entscheidender Bedeutung sein, bei denen die Überwachung des Quantenzustands dieser Teilchen entscheidend für den Erfolg ist.

Warum VEW wichtig ist: Vorteile für die Zukunft der Quantentechnologie

Diese Quantencomputerstudie bringt dem Markt mehrere Vorteile. Zum einen ermöglicht sie Ingenieuren und Forschern, Verschränkungseigenschaften präzise zu messen und zu bewerten, ohne dass die Quantenwellenfunktion kollabiert. Folglich ist sie weitaus zuverlässiger und genauer als alle aktuellen Optionen.

Reale Anwendungen von Quantencomputern und was als nächstes kommt

Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie. Beispielsweise wird sie im Quantencomputing eingesetzt, um seine Angebote und Fähigkeiten zu verbessern. Derzeit sind Quantencomputer aufgrund ihrer Präzision und Wartungskosten extrem teuer.

Quantencomputer benötigen beispielsweise für ihren Betrieb ein sehr intensives Kühlsystem. Mithilfe der Daten dieser Studie können diese Systeme optimiert werden, da die neue Nachweismethode es Ingenieuren ermöglicht, die Auswirkungen des Systems auf die Verschränkung besser zu verfolgen.

Quantenkommunikation: Echtzeitverbindungen mit verschränkten Teilchen

Der Bereich der Quantenkommunikation hat das Potenzial, die Kommunikation zu revolutionieren. Da Quantenteilchen in einem verschränkten Zustand miteinander verbunden sind, eignen sie sich hervorragend als Kommunikationsmittel. Quantenkommunikation wird es Ingenieuren und Raumfahrern künftig ermöglichen, nahezu in Echtzeit zu kommunizieren, unabhängig von Entfernungen und jeglicher Form natürlicher Störungen.

Quantenkryptographie: Die Zukunft unknackbarer Sicherheit

Quantenkryptografie nutzt die Quantenphysik, um kryptografische Anforderungen zu erfüllen. Die Leistungsfähigkeit dieser fortschrittlichen Systeme kann aktuelle Verschlüsselungsmethoden überflüssig machen. Derzeit suchen Ingenieure nach Möglichkeiten des Quantencomputings, sowohl für die Verschlüsselung als auch für das Knacken aktueller Kryptografiemethoden.

Die Bedrohung, die Quantencomputer für herkömmliche Verschlüsselungssysteme darstellen, ist sehr real. Es gibt bereits Kryptowährungen, die speziell mit Quantenschutz in ihrer Codierung entwickelt wurden, um die Münzen vor neuen Quantenhacking-Methoden zu schützen.

Zeitleiste der Quantencomputer

Es bleibt noch viel zu tun, um diese neue Quantentechnologie in moderne Computer zu integrieren. Es könnte mehr als zehn Jahre dauern, bis ein erschwinglicher Quantencomputer verfügbar ist.

Auch wenn noch auf kommerzielle Anwendungen gewartet wird, könnte diese Technologie bereits bald von Regierungen, Militärs und anderen genutzt werden, die ihr Verständnis der Quantenverschränkung vertiefen möchten.

Lernen Sie die Forscher kennen, die hinter dem Durchbruch in der Quantenverschränkung stehen

Die Studie zum Quantencomputer wurde von Le Bin Ho, einem Assistenzprofessor am Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences und der Graduate School of Engineering der Tohoku University, durchgeführt. Unterstützt wurde er von Haruki Matsunaga und anderen Ingenieuren der Tohoku University und der St. Paul's School in London.

Gemeinsame Pläne für die Zukunft

Nachdem das Team die Wirksamkeit seines Algorithmus bewiesen hat, besteht sein nächstes Ziel darin, dessen Leistung zu verbessern. Beeindruckenderweise haben die Forscher bereits mit der Feinabstimmung des Algorithmus begonnen, um seine Fähigkeiten zur Erkennung von Verschränkungen zu verbessern.

Top-Unternehmen, die das Quantencomputing im Jahr 2025 vorantreiben

Das Rennen um erschwingliche und zuverlässige Quantencomputer ist eröffnet. Große Unternehmen wie Microsoft und NVIDIA dominieren diesen Sektor und haben Millionen in die Entwicklung dieser High-End-Computer investiert.

Insbesondere die fortschrittliche Technologie eröffnet kleineren Unternehmen die Möglichkeit, den Markt zu revolutionieren. Hier ist ein Beispiel für ein Unternehmen, das in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erregt hat:

IonQ Inc

IonQ Inc. (IONQ ) kam 2015 auf den Markt. Die Firmengründer Christopher Monroe und Jungsang Kim arbeiteten bereits seit fast 25 Jahren auf dem Gebiet der Quantenmechanik. Dank dieser Erfahrung konnte das Unternehmen sehr schnell in den Sektor einsteigen und zu einem der weltweit führenden Forscher im Bereich Quantencomputer werden.

Der in Maryland ansässige Hersteller von Quantencomputern ist heute weltweit tätig und hat Kunden. Das Unternehmen hat hochrangige Verträge abgeschlossen, darunter einen 54.5-Millionen-Dollar-Vertrag mit dem Forschungslabor der US Air Force. IonQ wird im Rahmen dieser Vereinbarung die Infrastruktur für zukünftige Quantensysteme schaffen.

Seit seiner Gründung konnte IonQ mehrere hochrangige Investoren und Branchenexperten für sich gewinnen. 2019 wurde Peter Chapman von Amazon Prime zum CEO ernannt. Seitdem hat das Unternehmen strategische Partnerschaften mit unter anderem Azure, Google Cloud und Microsoft geschlossen.

Wer eine zuverlässige und bewährte Quantencomputer-Aktie sucht, sollte sich genauer mit IONQ befassen. Die Erfolgsbilanz des Unternehmens und die kontinuierlichen Investitionen in sein Netzwerk und seine Produkte haben ihm von den meisten Analysten ein starkes „Kaufen“-Rating eingebracht.

Neuigkeiten von IonQ Inc.

Warum die Quantencomputer-Revolution alles verändert

Die Einführung von Quantencomputern ist ein großer Fortschritt für die Menschheit. Sie wird die Tür für fortschrittlichere KI-Systeme öffnen und Ingenieuren Simulationen und Forschung in einem völlig neuen Maßstab ermöglichen.

All diese Faktoren machen diese Studie zu einem bahnbrechenden Ereignis. Das Team hinter dieser Forschung verdient daher Anerkennung für seinen Einsatz und seine harte Arbeit. Sie legt den Grundstein für die nächste Computerrevolution.

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Zitierte Studien:

^{1. Matsunaga, H. & Ho, LB (2025). Erkennen und Schützen von Verschränkung durch Nichtlokalität, variationelle Verschränkungsbezeugung und nichtlokale Messungen. Physical Review Research, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239}