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 Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen