Eine internationale Forschungsgruppe präsentiert in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature“ einen neuartigen Quantenalgorithmus. Angewendet von einem künftigen Quantencomputer hätte diese Methode enormes Potenzial, neue Einblicke in fundamentale Zusammenhänge der Chemie, der Materialphysik oder der Hochenergiephysik zu gewähren.
Seit der Entwicklung des Computers in den 1950er-Jahren arbeiten Wissenschaftler an einem systematischen Zugang, komplexe Systeme wie sie in der Natur vorkommen zu simulieren. Gegenwärtig versuchen zahlreiche Forscher mithilfe von Supercomputern die quantenmechanische Vielteilchen-Schrödinger-Gleichung zu lösen, um beispielsweise neue Medikamente oder supraleitende Materialen zu entwickeln. Dabei tritt das fundamentale Problem auf, dass bei der quantenmechanischen Simulation mittels klassischen Computern nicht nur Wahrscheinlichkeiten sondern auch Wahrscheinlichkeitsamplituden vorkommen, die negativ sein können – was als „Vorzeichenproblem“ oder „sign problem“ bezeichnet wird.
Quantencomputer soll „wundervolles Problem“ lösen
Bereits Richard Feynman – einer der ersten Visionäre des Quantencomputers – empfahl von diesen aufwändigen Rechenarbeiten nach klassischen Methoden abzugehen: Da „die Natur – verdammt nochmal – nicht klassisch sei, müsse man eben quantenmechanisch simulieren.“ Feynman selbst fand dieses Problem im Übrigen „wundervoll“, weil es nicht einfach zu lösen ist.
Dreißig Jahre später gibt es erste wissenschaftliche Erfolge, den Quantencomputer zu realisieren. Ein Team internationaler Theoretischer Physiker aus Österreich, Deutschland, Kanada und Australien um Frank Verstraete, Professor an der Universität Wien, zeigt, wie das „sign problem“ unter Anwendung eines Quantenalgorithmus mithilfe des Quantencomputers gelöst werden könnte.
