Vom Labor in die Praxis
Bereits mit heute existierenden Quantencomputern lassen sich praktisch relevante Probleme bearbeiten. Die folgenden Beispiele zeigen, wohin die Reise mit den Superrechnern geht.
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Materialforschung
Wissenschaftler von IBM und Mitsubishi Chemical haben die ersten Schritte des Reaktionsmechanismus zwischen Lithium und Sauerstoff in Lithium-Luft-Batterien (Li-Luft) auf einem Quantencomputer simuliert. Damit solch eine Batterie optimal funktioniert, sollte sich aus Lithium und Luftsauerstoff ausschließlich Lithiumdioxid bilden. Stattdessen kann jedoch auch schädliches Lithiumperoxid entstehen.
Um besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen sich möglichst wenig Nebenprodukte bilden, simulierten die Forscher die Quantenmechanik der Reaktionsschritte auf einem 20-Qubit-Computer von IBM. Sie konnten zeigen, dass sich die Anzahl der für Simulationen auf einem Quantencomputer benötigten Qubits drastisch reduzieren lässt, ohne dass die Ergebnisse zu ungenau werden.
Verkehrsoptimierung
VW will erstmals zeigen, dass sich die Routen von Bussen in Barcelona mithilfe eines Quantencomputers optimieren lassen. Bereits 2016 nutzten die Forscher von VW und D-Wave die Technologie, um Routen von 10000 Taxis in Peking mit einem Quantenrechner so zu planen, dass jedes einzelne Fahrzeug in kürzestmöglicher Zeit ans Ziel kommt. Allerdings gelang das nur auf historischen Daten.
Jetzt wollen die VW-Entwickler das Problem unter Live-bedingungen lösen. Der Navigationsdienste Here überträgt anonymisiert die Positionsdaten von Tausenden von Fahrzeugen in Barcelona. Software auf klassischen Computern erstellt daraus eine Prognose über die Verkehrsentwicklung in den nächsten zehn Minuten. Alle 30 Sekunden berechnet VWs Software auf einem Quanten-Annealer von D-Wave daraus für alle Busse die individuell schnellste Route zum nächsten Haltepunkt.
Der Praxisversuch findet zwar zunächst nur mit neun Bussen statt, aber „der Algorithmus funktioniert auch mit 10000 Bussen“, ist sich Florian Neukart von VW sicher, denn „wir konnten das Problem erfolgreich in Unterprobleme aufteilen“. VW will mit dem Projekt weiter Erfahrung sammeln. Es sei zwar „grundsätzlich denkbar“, die Software auch als Produkt anzubieten. Dazu gäbe es jedoch im Moment „keine konkreten Überlegungen“.
Neuronale Netze
Dass Quantencomputer und KI-Forschung sich gegenseitig befruchten können, davon ist nicht nur Google-Chef Sundar Pichai überzeugt. Bislang sind die meisten Arbeiten dazu allerdings noch recht abstrakt.
Im März 2019 veröffentlichten Wissenschaftler der Universität Pavia nun eine Arbeit, in der sie schildern, wie sie erstmals die Grundeinheit eines neuronalen Netzes, ein sogenanntes Perzeptron, auf einem Quantencomputer simulierten.
Das Mininetz bestand aus zwei Qubits und konnte 16 verschiedene Muster voneinander unterscheiden. Die Zahl der unterscheidbaren Muster steigt jedoch exponentiell mit der Anzahl der verwendeten Qubits an. Aus der Grundeinheit wollen die Forscher nun komplexere neuronale Quantennetze konstruieren.
(wst)
