Computing
Selbst Quantencomputer können von Selbstverbesserung profitieren
Als Albert Einstein 1935 erstmals die Quantenverschränkung beschrieb, verwendete er Begriffe wie „spukhaft“, weil ihr Verhalten so eigenartig war. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass er sich jemals vorstellen konnte, dass diese seltsamen Teilchen das Rückgrat einer Quantencomputer‑Revolution werden würden.
Damals war die Quantenphysik etwas völlig Neues, das die Welt noch nie gesehen hatte, und sie bleibt eine hochmoderne Wissenschaft, die das Potenzial hat, die Welt, wie wir sie kennen, neu zu gestalten. Heute treiben Quantencomputer die Grenzen der Technologie weiter voran und sind ein entscheidender Baustein, um das weltweite Verständnis der Quantenverschränkung zu vertiefen.
Was sind Quantencomputer und wie funktionieren sie?
Viele sehen Quantengeräte als die Zukunft des Hochgeschwindigkeits‑Computings. Diese leistungsstarken Maschinen können selbst die fortschrittlichsten Supercomputer um Größenordnungen übertreffen. Ihre verbesserte Leistung und Fähigkeiten resultieren daraus, dass diese Geräte auf Quantenbits, sogenannte Qubits, anstelle herkömmlicher Bits setzen.
Qubits bieten weitaus mehr Rechenleistung, weil sie das einzigartige Verhalten der Quantenphysik nutzen. Phänomene wie Superposition, Verschränkung und Quanteninterferenz ermöglichen Computer mit deutlich größeren Fähigkeiten als traditionelle Systeme.
Verständnis der Quantenverschränkung im modernen Computing
Beeindruckend können Quantencomputer dank der Beschaffenheit von Qubits und der Quantenverschränkung eine solch hohe Leistung erbringen. Quantenverschränkung bezeichnet ein einzigartiges Phänomen, bei dem zwei Teilchen miteinander verbunden bleiben, egal wie groß die Entfernung zwischen ihnen ist.
Selbst Lichtjahre trennen quantenverbundene Qubits nicht. Bemerkenswerterweise können Teilchen, die in Quantenverschränkung gefangen sind, nicht unabhängig beschrieben werden, da ihr Zustand von allen verbundenen Teilchen gemeinsam geteilt wird.
Wie wird Quantenverschränkung heute erkannt? Aktuelle Methoden erklärt
Eines der größten Hindernisse, Quantencomputer zugänglicher zu machen, ist die enorme Schwierigkeit, Quantenverschränkung zu erkennen. Die aktuelle Methode verwendet den Clauser‑Horne‑Shimony‑Holt‑Ansatz (CHSH), der 1969 eingeführt wurde. Dieser Ansatz kann Verschränkung nachweisen, indem er Inkonsistenzen zwischen quantenmechanischen Vorhersagen und lokalem Realismus aufdeckt.
Neueste Durchbrüche im Quantencomputing: 2025‑Update
Die CHSH‑Methode war über Jahre hinweg der bevorzugte Ansatz für Quantencomputer‑Ingenieure. Neuere KI‑Fortschritte haben jedoch adaptive, auf maschinellem Lernen basierende Verfahren zur Erkennung von Verschränkung populärer gemacht. Ingenieure haben leistungsstarke neuronale Netze entwickelt, die Quantenzustände zwischen verschränkten und separierbaren besser überwachen und klassifizieren können.
Grenzen heutiger Quantencomputer und wie Wissenschaftler sie überwinden
Ein Hauptproblem der heutigen fortschrittlichsten Quantencomputer liegt in der Erkennung verschränkter Teilchen. Systeme wie CHSH können niemals eine genaue Messung erreichen, da die Beobachtungsmethode nachweislich einige Quantenzustände stört und zerstört.
Ironischerweise kann Quantenverschränkung Teilchen über Galaxien hinweg verbinden, ist jedoch selbst sehr fragil. Wenn CHSH‑Werkzeuge verwendet werden, um Messungen eines Quantenzustands sowie lokale Messungen an räumlich separierbaren Subsystemen vorzunehmen, führt dies unbeabsichtigt zum Kollaps der globalen Wellenfunktion in weiten Teilen des Systems.
Neue Studie: Wie Quantencomputer ihre eigene Verschränkung erkennen können
Die Studie „Detecting and protecting entanglement through nonlocality, variational entanglement witness, and nonlocal measurements“,1 veröffentlicht in Physical Review Letters, stellt einen besseren Weg vor, um zu erkennen, wann Quantenverschränkung erreicht ist. Anstatt sich auf einen KI‑Algorithmus zu verlassen, haben Ingenieure der Tohoku University und der St. Paul’s School, London, eine quantenbasierte Option eingeführt.
Dies ist der erste Quantenalgorithmus, der Verschränkung erkennen kann, ohne Schaden zu verursachen. Die Ingenieure erklären, dass ihr neues nichtlokales Messframework, das variationale Entanglement Witness (VEW) genannt wird, Quantencomputern ermöglicht, Prüfungen ihres Quantenzustands durchzuführen.
Was ist das Variationale Entanglement Witness (VEW) im Quantencomputing?
Das Protokoll des variationalen Entanglement Witness beginnt mit der Analyse jedes Zustands mittels des proprietären Quantenalgorithmus. Dieses neue System berücksichtigt Daten, die von einem parametrisierten Witness‑Operator gesammelt wurden, und kombiniert sie mit etwaigen CHSH‑Ungleichungen.
Dieser Ansatz ermöglicht es dem System, die Teilchen in zwei Kategorien zu trennen: verschränkt und separierbar. Im Gegensatz zu früheren Methoden erlaubt dieses Verfahren eine optimierte Erkennung von Verschränkung, ohne dass verschränkte Teilchen im Beobachtungsbereich beschädigt werden.
Quelle – Tohoku University
Testen von Quantencomputern: Wie VEW 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 beurteilen, um die Bewahrung der Verschränkung in den optimierten Bereichen zu bestätigen. Die Tests umfassten sowohl Laborversuche als auch Computersimulationen.
Die Ingenieure kamen zu dem Schluss, dass ihre neue Methode die Zuverlässigkeit der Verschränkungserkennung insgesamt verbessert. Sie übertraf zuverlässig frühere Verfahren, einschließlich KI‑unterstützter Optionen, und optimiert die Effizienz bei der Unterscheidung zwischen separierbaren und verschränkten Zuständen.
Deutlich zeigt der Test, dass die Methode detaillierte Messungen durchführen kann, ohne einen Kollaps der Wellenfunktion zu verursachen. Daher wird sie für zukünftige technologische Entdeckungen und Forschungen, bei denen die Überwachung des Quantenzustands dieser Teilchen entscheidend für den Erfolg ist, von großer Bedeutung sein.
Warum VEW wichtig ist: Vorteile für die Zukunft der Quantentechnologie
Diese Quantencomputing‑Studie bringt mehrere Vorteile für den Markt. Erstens ermöglicht sie Ingenieuren und Forschern, Verschränkungseigenschaften präzise zu messen und zu bewerten, ohne die Quanten‑Wellenfunktion zum Kollaps zu bringen. Folglich ist sie weitaus zuverlässiger und genauer als alle derzeitigen Optionen.
Reale Anwendungsbereiche von Quantencomputern und was als Nächstes kommt
Es gibt zahlreiche Anwendungsbereiche für diese Technologie. Zum einen wird das Quantencomputing diese Technologie integrieren, um seine Angebote und Fähigkeiten zu verbessern. Derzeit sind Quantencomputer aufgrund ihrer Präzision und Wartungskosten enorm teuer.
Beispielsweise benötigen Quantencomputer ein sehr intensives Kühlsystem, um zu funktionieren. Diese Systeme können mithilfe der Daten dieser Studie optimiert werden, da die neue Erkennungsmethode Ingenieuren ermöglicht, die Auswirkungen des Systems auf die Verschränkung besser zu verfolgen.
Quantenkommunikation: Echtzeitverbindungen mit verschränkten Teilchen
Der Sektor der Quantenkommunikation hat das Potenzial, die Kommunikation zu revolutionieren. Da quantenverschränkte Teilchen verbunden sind, eignen sie sich ideal als Kommunikationsmittel. In Zukunft wird die Quantenkommunikation Ingenieuren und Raumfahrern ermöglichen, nahezu in Echtzeit zu kommunizieren, unabhängig von der Entfernung und trotz jeglicher natürlicher Störungen.
Quantenkryptografie: Die Zukunft unknackbarer Sicherheit
Quantenkryptografie nutzt die Quantenphysik, um kryptografische Anforderungen zu erfüllen. Die Leistungsfähigkeit dieser fortschrittlichen Systeme kann aktuelle Verschlüsselungsmethoden obsolet machen. Derzeit suchen Ingenieure nach Quantencomputing‑Optionen sowohl für die Verschlüsselung als auch für das Knacken bestehender kryptografischer Verfahren.
Die Bedrohung, die Quantencomputer für traditionelle Verschlüsselungssysteme darstellen, ist sehr real. Bereits gibt es Kryptowährungen, die speziell mit einem quantenbasierten Schutz im Code ausgestattet sind, um die Münzen gegen zukünftige Quanten‑Hacking‑Methoden zu sichern.
Zeitleiste der Quantencomputer
Es gibt noch viel zu tun, um diese neue Quantentechnologie in die heutigen fortschrittlichen Computer zu integrieren. Es könnte über 10 Jahre dauern, bis ein erschwinglicher persönlicher Quantencomputer verfügbar ist.
Trotz der Wartezeit auf kommerzielle Anwendungen könnte diese Technologie bereits von Regierungen, Militärs und anderen, die ihr Verständnis der Quantenverschränkung vertiefen wollen, unmittelbar eingesetzt werden.
Lernen Sie die Forscher hinter dem Durchbruch in der Quantenverschränkung kennen
Die Quantencomputing‑Studie wurde von einem Assistenzprofessor des Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences und der Graduate School of Engineering der Tohoku University, Le Bin Ho, vorgestellt. Unterstützt wurde er von Haruki Matsunaga und weiteren Ingenieuren der Tohoku University sowie der St. Paul’s School, London.
Zukünftige Pläne
Da das Team die Wirksamkeit ihres Algorithmus nachgewiesen hat, besteht das nächste Ziel darin, dessen Leistung zu verbessern. Beeindruckend ist, dass die Forscher bereits begonnen haben, den Algorithmus zu verfeinern, um seine Fähigkeiten zur Erkennung von Verschränkung zu steigern.
Top-Unternehmen, die 2025 das Quantencomputing vorantreiben
Das Rennen um erschwingliche und zuverlässige Quantencomputer ist in vollem Gange. Große Unternehmen wie Microsoft und NVIDIA dominieren diesen Sektor und haben Millionen in die Entwicklung dieser High‑End‑Computing‑Geräte investiert.
Die fortschrittliche Natur der Technologie eröffnet zwangsläufig kleineren Firmen die Möglichkeit, eine disruptive Präsenz im Markt zu erlangen. Hier ist ein solches Unternehmen, das in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten hat.
IonQ Inc
IonQ Inc. (IONQ ) trat 2015 in den Markt ein. Bemerkenswerterweise hatten die Gründer des Unternehmens, Christopher Monroe und Jungsang Kim, fast 25 Jahre im Bereich der Quantenmechanik gearbeitet. Diese Erfahrung ermöglichte es dem Unternehmen, sehr schnell in den Sektor einzusteigen und zu einem der führenden Quantencomputing‑Forscher weltweit zu werden.
Heute hat der in Maryland ansässige Hersteller von Quantencomputern weltweit Niederlassungen und Kunden. Er hat hochrangige Verträge abgeschlossen, darunter einen Vertrag über 54,5 Millionen US‑Dollar mit dem U.S. Air Force Research Lab. Die Vereinbarung beauftragt IonQ, Infrastruktur für zukünftige Quantensysteme zu schaffen.
(IONQ )
Seit seiner Gründung hat IonQ mehrere hochkarätige Investoren und Fachleute aus der Branche gewonnen. Bemerkenswerterweise wurde 2019 Peter Chapman von Amazon Prime zum CEO ernannt. Seitdem hat das Unternehmen strategische Partnerschaften mit Azure, Google Cloud und Microsoft geschlossen, um nur einige zu nennen.
Wer nach einer zuverlässigen und bewährten Aktie im Bereich Quantencomputer sucht, sollte weitere Recherchen zu IONQ anstellen. Die Erfolgsbilanz des Unternehmens und die fortlaufenden Investitionen in sein Netzwerk und seine Produkte haben ihm von den meisten Analysten ein starkes „Kaufen“-Rating eingebracht.
Neueste Entwicklungen bei IonQ Inc.
Warum die Quantencomputer‑Revolution alles verändert
Die Einführung von Quantencomputern ist ein bedeutender Schritt für die Menschheit. Sie wird die Tür zu fortschrittlicheren KI‑Systemen öffnen und Ingenieuren ermöglichen, Simulationen und Forschungen in einem völlig neuen Maßstab durchzuführen.
All diese Faktoren machen diese Studie zu einem Wendepunkt. Daher verdient das Team hinter dieser Forschung Anerkennung für seine Bemühungen und harte Arbeit. Sie legt den Grundstein für die nächste Rechenrevolution.
Erfahren Sie jetzt mehr über andere coole Computer‑Durchbrüche jetzt.
Studien zitiert:
1. Matsunaga, H., & Ho, L. B. (2025). Erkennung und Schutz von Verschränkung durch Nichtlokalität, variationalen Entanglement Witness und nichtlokale Messungen. Physical Review Research, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239
