In einem Meilenstein für die Quanteninformatik haben Forschende der University of Southern California und der Johns Hopkins University erreicht, was viele als den Heiligen Gral des Fachgebiets betrachten: einen bedingungslosen exponentiellen Quantenvorsprung.
Das Team unter Leitung von Professor Daniel Lidar, Inhaber der Viterbi-Professur für Ingenieurwesen an der USC, nutzte zwei der 127-Qubit-Eagle-Quantenprozessoren von IBM, um eine Variante von Simons Problem zu lösen – einer mathematischen Herausforderung, die als Vorläufer von Shors Faktorisierungsalgorithmus gilt. Die Ergebnisse wurden am 5. Juni 2025 im Fachjournal Physical Review X veröffentlicht.
„Die Leistungsdifferenz kann nicht rückgängig gemacht werden, denn der von uns demonstrierte exponentielle Geschwindigkeitssprung ist zum ersten Mal bedingungslos“, erklärt Lidar. Das Besondere an diesem Geschwindigkeitssprung ist, dass er nicht – wie frühere Nachweise eines Quantenvorteils – auf unbewiesenen Annahmen über klassische Algorithmen beruht.
Um diesen Durchbruch zu erzielen, setzten die Forschenden ausgefeilte Fehlerunterdrückungstechniken wie dynamische Entkopplung und Messfehlerkorrektur ein. Diese Methoden halfen, die Quantenzustände trotz des unvermeidlichen Rauschens aktueller Quantenhardware kohärent zu halten und die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern.
Der exponentielle Geschwindigkeitssprung bedeutet, dass sich der Leistungsvorsprung zwischen Quanten- und klassischen Ansätzen mit jeder zusätzlichen Variable im Problem etwa verdoppelt. Da Quantenprozessoren in Qualität und Größe weiter verbessert werden, wird sich dieser Vorteil künftig noch deutlicher zeigen.
Lidar betont zwar, dass „dieses Ergebnis keine praktischen Anwendungen jenseits von Ratespielen hat“, doch der Nachweis zeigt, dass Quantencomputer klassische Rechner bei bestimmten Aufgaben definitiv übertreffen können. Diese Bestätigung des theoretischen Potenzials der Quanteninformatik eröffnet den Weg zu praktischen Anwendungen, die bislang nur in der Theorie existierten – mit revolutionären Auswirkungen etwa auf Kryptografie oder Materialwissenschaft.
IBMs 127-Qubit-Eagle-Prozessor, der 2021 vorgestellt wurde, markiert einen entscheidenden Meilenstein in der Entwicklung von Quantenhardware. Er war der erste Quantenprozessor, der die 100-Qubit-Grenze überschritt und damit einen Bereich betrat, in dem Quantenzustände auf klassischen Computern nicht mehr zuverlässig simuliert werden können.