Einfacherer Aufbau mit NISQ

Bei der Entwicklung zeichnet sich noch ein weiterer Pfad ab. So könnte bis 2020 eine neue Generation von Quantenrechnern die Bühne betreten, die auf einer Technologie namens Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) basiert. Der Ansatz wurde von John Preskill eingeführt, einem Forscher am Institute for Quantum Information and Matter des California Institute of Technology (CalTech) in Pasadena (USA).

Er verzichtet auf komplexe Fehlerkorrekturverfahren, die bei anderen Quanten-Computing-Technologien zum Zuge kommen. Das wirkt sich positiv auf den Systemaufbau eines Quantencomputers aus: Dieser ist weniger komplex als bei einem Rechner mit ausgefeilten Error-Correction-Mechanismen.

Der Nachteil ist, dass ein NISQ-Quantencomputer wegen des höheren Rauschens (Noise) weniger präzise arbeitet. Dies lässt sich jedoch zumindest teilweise durch spezielle Quantenalgorithmen kompensieren, die weniger anfällig für dieses Rauschen sind.

Vorstellbar sind heute viele Einsatzfelder, in denen Quantenrechner und Simulatoren mit 40 Qubit oder mehr Verwendung finden. Dazu zählen die Quantenchemie und die Erforschung von kondensierter Materie. Auch die Analyse von komplexen chemischen Vorgängen, etwa den Reaktionen zwischen Molekülen, ist eine Domäne von Quantensystemen.

Zu den weiteren prädestinierten Anwendungsgebieten zählen die Künstliche Intelligenz sowie komplizierte Finanztransaktionen. Auch in der Industrie lassen sich Quantencomputer einsetzen, etwa bei der Analyse und Optimierung von Produktionsprozessen und vernetzten Fertigungsumgebungen.

Bei den Vorzeigeprojekten ragt Volkswagen heraus. Der Konzern setzt bereits Quantencomputer für eine Stauprognose in Peking ein. In die Verkehrssimulation fließen die Bewegungsdaten von 10.000 Taxis ein, deren Routen optimiert werden sollen. Das Beispiel führt vor Augen, welchen Nutzen Quantenrechner in der Praxis durch das schnelle Lösen von komplexen Aufgaben erzielen können. Allerdings muss man an dieser Stelle auch einschränken: Für einige der skizzierten Anwendungen reichen 50 oder 100 Qubit nicht aus. Diesen Anforderungen werden erst künftige Quantenrechner mit etwa 1000 Qubit und mehr gewachsen sein.