Wissenschaftler entdecken Einschränkungen moderner Quantenberechnungen durch den "Vergessens-Effekt"

Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern, bestehend aus Forschern führender Universitäten Europas, hat eine bedeutende Einschränkung in modernen Quantenberechnungen entdeckt, die sie als "Vergessens-Effekt" bezeichnet haben. Diese Entdeckung, veröffentlicht in der angesehenen Fachzeitschrift Nature Physics, hat weitreichende Auswirkungen auf die zukünftige Entwicklung von Quanten-Technologien.

Gemäß den Ergebnissen der Studie legt die Ansammlung von Quantenrauschen eine strenge Grenze für die Anzahl der Operationen fest, die ein Quantencomputer nacheinander ausführen kann, ohne Daten zu verlieren. Dies bedeutet, dass selbst in den modernsten Quanten-Systemen, die in der Lage sind, komplexe Berechnungen durchzuführen, Einschränkungen bestehen, die durch den Einfluss von externem Rauschen bedingt sind.

Die Wissenschaftler vergleichen die Funktionsweise eines Quantenkreises mit einem Domino-Kettenreaktion: Im Idealfall sollte jede Dominosteine genau nach Plan fallen, jedoch sind in der Realität die Qubits, die die quantenmechanischen Bits darstellen, ständig externem Einfluss — Rauschen — ausgesetzt. Durch die Anwendung komplexer mathematischer Analysen konnte das Forschungsteam nachverfolgen, wie sich dieses Rauschen durch den Quantenkreis ausbreitet.

Die Ergebnisse ihrer Forschung zeigten, dass in tiefen, verrauschten Schaltungen nur die letzten Schritte tatsächlich den Endergebnis beeinflussen. Alle vorherigen Berechnungen werden faktisch gelöscht oder werden unter dem Druck der angesammelten Fehler unwichtig. Diese Entdeckung ist von entscheidender Bedeutung für das Ingenieurwesen, da sie erklärt, warum eine einfache Erhöhung der Anzahl der Schritte (Tiefe des Kreises) nicht zu einer Leistungssteigerung von Quantencomputern führt.

Trotz ihrer Komplexität verhalten sich moderne Quantenmaschinen oft wie viel einfachere "oberflächliche" Systeme. Diese Entdeckung weist auch auf die Illusion des Erfolgs beim Training von verrauschten Schaltungen hin: Sie können gehorsam erscheinen, nur weil das Rauschen ihre effektive Komplexität bereits auf ein Niveau reduziert hat, das sogar auf herkömmlichen klassischen Computern reproduziert werden kann.

Die Autoren der Studie betonen, dass der weitere Fortschritt im Bereich der Quanten-Technologien nicht von der Anzahl der Qubits oder Schritte abhängt, sondern von einer radikalen Reduzierung des Rauschpegels. Ohne die Überwindung dieser Barriere werden Quantenmaschinen in der Lösung von Problemen, die für traditionelle Computersysteme unzugänglich sind, weiterhin eingeschränkt bleiben. Diese Entdeckung stellt viele der Hoffnungen in Frage, die in Bezug auf Quantenberechnungen gesetzt werden, und weist auf die Notwendigkeit neuer Ansätze in diesem Bereich hin.