Jugene simuliert Quantencomputer mit 42 Qbit

Simulationssoftware läuft effizient auf vielen Prozessoren

Der Jülicher Supercomputer Jugene simuliert das weltweit größte Quantencomputersystem mit 42 Qbit. Das soll neue Möglichkeiten zur Erforschung von Quantencomputern eröffnen, während im Labor nur kleine Prototypen von Quantencomputern mit einer Kapazität von wenigen Qbit existieren.

Artikel veröffentlicht am 31. März 2010, 10:31 Uhr, Jens Ihlenfeld

"Die Rechenleistung eines Quantencomputers wächst exponentiell mit seiner Größe", erläutert Kristel Michielsen vom Jülich Supercomputing Centre. Das sei sowohl eine enorme Chance für künftige Anwendungen, als auch eine große Herausforderung für heutige Simulationen. Denn wird ein Quantencomputer um ein einzelnes Qbit erweitert, verdoppelt sich direkt seine Rechenleistung aufgrund der quantenmechanischen Gesetze, die ihm zugrunde liegen. Die Rechenleistung eines klassischen Computers wächst hingegen nur linear mit seinen Komponenten: Zehn Prozent mehr Transistoren bewirken im Idealfall auch nur zehn Prozent mehr Leistung.

Soll also ein Quantencomputer mit heutigen Rechnern simuliert werden, stößt man schnell an die Grenzen dessen, was mit herkömmlicher Technik machbar ist. In Jülich simulieren rund 300.000 Prozessoren mit einer Leistung von 1 Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde einen Quantencomputer mit 42 Qbit.

• 

Bausteine des Blue-Gene-Supercomputer

Dabei wurde der Shor-Algorithmus, eine gängige Testanwendung für Quantencomputer, erfolgreich mit 42 Qbit umgesetzt. Der Algorithmus zerlegte die Zahl 15.707 in das Produkt 113 mal 139. Damit lassen sich nun in der Simulation Zahlen zerlegen, die rund 1.000-mal größer sind als bislang mit experimentellen Quantencomputern.

Die dabei genutzte Simulationssoftware wurde vom Jülicher Forscherteam und der Arbeitsgruppe Computational Physics der University of Groningen in den Niederlanden weiterentwickelt, so dass diese effizient auf der großen Zahl an Prozessoren läuft. So soll es auf Basis der Simulationssoftware nun möglich sein, Phänomene und Dynamik von quantenmechanischen Systemen im Detail zu erforschen.