Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenalgorithmus für den Quantencomputer – ein Ansatz zur Lösung eines "wundervollen Problems"

04.03.2011
Die internationale Forschungsgruppe rund um Frank Verstraete, Quantenphysiker an der Universität Wien, präsentiert in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals "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.

Simulationen von Hochleistungsrechnern können noch nicht alle Probleme lösen
Seit der Entwicklung des Computers in den 1950er-Jahren arbeiten WissenschafterInnen an einem systematischen Zugang, komplexe Systeme wie sie in der Natur vorkommen zu simulieren. Gegenwärtig versuchen zahlreiche ForscherInnen 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 zur Lösung eines "wundervollen Problems"?

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." (International Journal of Theoretical Physics 21, 1982). 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 unter der Leitung von Frank Verstraete, Professor an der Universität Wien, zeigt, wie das „sign problem“ unter Anwendung eines Quantenalgorithmus mithilfe des Quantencomputers gelöst werden könnte.

Vielteilchensysteme könnten mit dem Quantencomputer simuliert werden

Mit einem in der aktuellen Ausgabe der renommierten Zeitschrift Nature präsentierten Quantenalgorithmus, dem "Quantum Metropolis Sampling", könnten sogenannte "statische Vielteilchensysteme" mit einem Quantencomputer simuliert werden. Dadurch können selbst Aufgabenstellungen mit höchstem Komplexitätsgrad exponentiell schneller gelöst werden.

Das ist in der Folge nicht nur für die Quantenphysik von allerhöchstem Interesse.

Einblicke in zahlreiche Forschungsfelder durch Simulation am Quantencomputer

Forschungsfelder wie die Chemie, die Hochenergiephysik aber auch die Materialphysik können durch Quantensimulationen von statischen Vielteilchensystemen enorm profitieren. Die Simulierung der Vielteilchen-Schrödinger-Gleichung stellt bisher ein "bottleneck" in diesen Forschungsbereichen dar. Schon lange versucht die Theorie der Quantenphysik Lösungsansätze für dieses Problem zu finden – mit dem "Quantum Metropolis Sampling" wird nun gezeigt, dass diese Gleichung mit einem Quantencomputer zu lösen ist. Der Quantencomputer hat mithin das Potenzial, die führende Technologie des 21. Jahrhunderts zu werden. Seine ersten Simulationen warten bereits auf ihn.

Publikation
Quantum Metropolis Sampling: K. Temme, T.J. Osborne, K.G. Vollbrecht, D. Poulin, and F. Verstraete. Nature 471, issue 7336, pp87-90; DOI:10.1038/nature09770
Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Frank Verstraete
Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
M +43-664-60277-512 19
frank.verstraete@univie.ac.at
http://verstraete.quantum.at/home/
http://vcq.quantum.at/
Rückfragehinweis
Mag. Ursula Gerber
Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-512 66
M +43-650-817 50 40
ursula.gerber@univie.ac.at

Alexander Dworzak | idw
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at
http://medienportal.univie.ac.at/presse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie