Neuere Forschungen belegen, dass Quantenglühen-Computer unter bestimmten Bedingungen Algorithmen – einschließlich des bekannten Shor-Algorithmus – schneller ausführen können als klassische Computer. In den meisten Fällen bietet Quantenglühen jedoch keine Beschleunigung im Vergleich zum klassischen Rechnen, wenn die Zeit begrenzt ist, so eine Studie in Naturkommunikation.
„Wir haben bewiesen, dass man sicher sein kann, vom anfänglichen Problem eine schnelle Lösung zu erreichen, aber das gilt nur für eine bestimmte Klasse von Problemen, die so aufgestellt werden können, dass die vielen Entwicklungsgeschichten des Quantensystems konstruktiv interferieren. Dann die unterschiedliche Quantengeschichten erhöhen die Wahrscheinlichkeit des jeweils anderen, die Lösung zu erreichen“, sagte Nikolai Sinitsyn, ein theoretischer Quantenphysiker am Los Alamos National Laboratory und Co-Autor des Papiers mit seinem Kollegen Bin Yan aus Los Alamos.
Während Beispiele für überlegene Quantenleistung bei Quantenglühsimulationen routinemäßig berichtet werden, fehlen ihnen eindeutige Beweise. Manchmal schließen Forscher, dass sie einen Quantenvorteil erreicht haben, aber sie können nicht beweisen, dass diese Überlegenheit gegenüber einem konkurrierenden klassischen Algorithmus besteht, sagte Sinitsyn. Solche Ergebnisse sind oft widersprüchlich.
Quantum Computing transformiert einen einfachen Quantenzustand in einen Zustand mit einem Rechenergebnis. In nur einer Handvoll Quantenalgorithmen wird dieser Prozess abgestimmt klassische Algorithmen zu übertreffen. Ein abgestimmter Algorithmus wurde speziell entwickelt, um die konstruktive Interferenz verschiedener Systemgeschichten während der Berechnung zu gewährleisten, was der Schlüssel zum Quantencomputing ist. Beispielsweise kann man beim Quantenglühen den zeitabhängigen Pfad für bestimmte Probleme abstimmen. In Quanten-Glüh-Computern werden nicht abgestimmte, sogenannte heuristische Quantenalgorithmen verwendet. Sie garantieren solche Störungen nicht.
„Jedes Problem kann in unendlicher Zeit heuristisch gelöst werden“, sagte Sinitsyn. „In der Praxis ist die Rechenzeit aber immer begrenzt. Die Forscher hoffen, dass Quanteneffekte zumindest die Zahl der Fehler reduzieren, um den heuristischen Ansatz praktikabel zu machen.“
Um die Unsicherheiten der heuristischen Methode anzugehen, entwickelten Sinitsyn und Co-Autor Bin Yan einen anderen, rein analytischen Ansatz, um einen einfachen, nicht abgestimmten Prozess zu demonstrieren, der jedes Rechenproblem löst, das von einem Quanten-Glüh-Computer berücksichtigt werden kann. Die Genauigkeit dieser Berechnung kann zu jedem Zeitpunkt der Laufzeit der Berechnung charakterisiert werden.
Leider stellten Sinitsyn und Yan fest, dass diese Genauigkeit fast immer nicht besser ist als die Leistung eines klassischen Algorithmus.
Der Grund dafür ist, dass effizientes Quantencomputing auf Quanteneffekten wie konstruktiver Interferenz beruht, wenn viele verschiedene Quantengeschichten, die gleichzeitig von einem Quantenprozessor erfahren werden, interferieren, um die nützlichen Informationen im Endzustand zu vergrößern. Ohne Feinabstimmung wird die richtige Interferenz unwahrscheinlich. Es gibt jedoch seltene Ausnahmen, die die Nische für überlegenes Quantencomputing verlassen.
Ein weiteres inspirierendes Ergebnis war die Beobachtung, dass der betrachtete Prozess nicht auf den sogenannten Spin-Glas-Übergang stößt, der einer extrem langsamen Unterdrückung von Rechenfehlern entspricht und ein großer Nachteil klassischer Ausheilungs-Berechnungsstrategien ist.
Die heuristischen Ansätze für Quantencomputer könnten also endlich funktionieren, müssen aber mit großer Sorgfalt betrachtet werden.