Quantencomputer können Aufgaben lösen, an denen ein klassischer Computer scheitert. Wie aber lässt sich dann prüfen, ob sie korrekt gerechnet haben? In einem Experiment ist dies einem internationalen Forscherteam jetzt gelungen. Ihr Trick: Sie bauten „Fallen“ in die Rechenanfragen ein – Aufgaben, deren Antwort im Vorhinein bekannt ist. Diese Methode eröffne einen Weg, um künftige Quantenrechner zu kontrollieren, so die Forscher im Fachmagazin „Nature Physics“.
Quantencomputer gelten als die Rechner der Zukunft. Sie können viele Aufgaben schneller lösen als herkömmliche Rechenmaschinen. Allerdings führt dieser Vorteil auch zu einer neuartigen Herausforderung: Wie kann man sicher sein, dass das Ergebnis korrekt ist – wenn man dieses selbst mit einem konventionellen Computer nicht berechnen oder überprüfen kann? Stefanie Barz und Philip Walther von der Universität Wien haben mit Kollegen aus Edinburgh und Singapur Methoden entwickelt, um dies zu testen, ohne einen weiteren Quantencomputer zu Hilfe zu nehmen.
Zwischenrechnungen als Fallen
Die Forscher haben in einem neuartigen Experiment gezeigt, dass dies möglich ist. Es basiert auf einem optischen Quantencomputer, der einzelne Lichtteilchen als Datenträger verwendet. „Optische Quantencomputer sind ideal, um die Ergebnisse zu überprüfen. Da die Lichtteilchen mobil sind, können sie genutzt werden, um mit dem Computer zu interagieren“, so Walther.
Um den Quantencomputer zu testen, bauten die Wissenschaftler „Fallen“ in die Rechenanfragen ein. Diese Fallen sind kleine Zwischenberechnungen, bei denen der Nutzer das Ergebnis im Vorhinein kennt. Tut der Quantencomputer nicht das, was er soll, so zeigt die Falle ein anderes als das erwartete Ergebnis. Der Nutzer kann dadurch überprüfen, wie zuverlässig der Quantencomputer arbeitet. Je mehr Fallen verwendet werden, desto besser kann sichergestellt werden, dass der Quantencomputer auch tatsächlich korrekt rechnet.
Kontrolle für künftige Quantencomputer
„Wir haben den Test so konstruiert, dass der Quantenrechner die Falle nicht von gewöhnlichen Rechenanfragen unterscheiden kann“, erklärt Barz. „Dies ist eine wichtige Voraussetzung um zu garantieren, dass der Quantencomputer das Testergebnis nicht fälschen kann.“ Die Forscher haben auch getestet, ob der Quantenrechner tatsächlich auf Quantenressourcen zurückgreift. Dadurch können sie sicherstellen, dass der Quantencomputer nicht nur hohe Rechenleistungen vortäuscht, sondern auch wirklich über diese verfügt.
Nach Ansicht der Wissenschaftler sind die Ergebnisse dieses Experiments sowohl für zukünftige Kontrollmechanismen von Quantencomputern wichtig, als auch um komplexe Quantenphänomene zu untersuchen. (Nature Physics, 2013; doi: 10.1038/nphys2763)
(Universität Wien, 01.10.2013 – NPO)
