Die Originalversion von diese Geschichte erschien in Quanta-Magazin.
Es ist nicht einfach, Quantensysteme zu untersuchen – Ansammlungen von Teilchen, die den kontraintuitiven Regeln der Quantenmechanik folgen. Heisenbergs Unschärferelationein Eckpfeiler der Quantentheorie, besagt, dass es unmöglich ist, gleichzeitig die genaue Position und Geschwindigkeit eines Teilchens zu messen – ziemlich wichtige Informationen, um zu verstehen, was vor sich geht.
Um beispielsweise eine bestimmte Ansammlung von Elektronen zu untersuchen, müssen Forscher klug vorgehen. Sie könnten eine Kiste mit Elektronen nehmen, sie auf verschiedene Weise anstupsen und dann einen Schnappschuss davon machen, wie sie am Ende aussieht. Dadurch hoffen sie, die interne Quantendynamik zu rekonstruieren.
Doch es gibt einen Haken: Sie können nicht alle Eigenschaften des Systems gleichzeitig messen. Also iterieren sie. Sie beginnen mit ihrem System, stochern und messen dann. Dann werden sie es wieder tun. Bei jeder Iteration werden einige neue Eigenschaften gemessen. Erstellen Sie genügend Schnappschüsse und maschinelles Lernen Algorithmen können dabei helfen, die vollständigen Eigenschaften des ursprünglichen Systems zu rekonstruieren – oder zumindest wirklich nah daran heranzukommen.
Dies ist ein langwieriger Prozess. Aber theoretisch Quantencomputer könnte helfen. Diese Maschinen, die nach Quantenregeln arbeiten, haben das Potenzial, die Funktionsweise von Quantensystemen viel besser zu modellieren als gewöhnliche Computer. Sie können Informationen auch nicht im klassischen Binärspeicher, sondern in einer komplexeren Form namens Quantenspeicher speichern. Dies ermöglicht weitaus umfassendere und genauere Beschreibungen von Partikeln. Dies bedeutet auch, dass der Computer mehrere Kopien eines Quantenzustands in seinem Arbeitsspeicher behalten könnte.
Vor ein paar Jahren ein Team am California Institute of Technology demonstriert dass bestimmte Algorithmen, die Quantenspeicher verwenden, exponentiell weniger Snapshots benötigen als Algorithmen, die ihn nicht verwenden. Ihre Methode war ein großer Fortschritt, erforderte jedoch relativ viel Quantenspeicher.
Das ist so etwas wie ein Deal-Breaker, denn aus praktischen Gründen ist Quantenspeicher schwer zu bekommen. Ein Quantencomputer besteht aus miteinander verbundenen Quantenbits, den sogenannten Qubits, und Qubits können zur Berechnung oder zum Speichern verwendet werden, aber nicht für beides.
Nun haben zwei unabhängige Teams Wege gefunden, mit deutlich weniger Quantenspeicher auszukommen. Im ersten Papier, Sitan Chenein Informatiker an der Harvard University, und seine Co-Autoren zeigten, dass nur zwei Kopien des Quantenzustands die Häufigkeit, mit der Sie einen Schnappschuss Ihres Quantensystems erstellen müssen, exponentiell reduzieren könnten. Mit anderen Worten: Die Investition in einen Quantenspeicher lohnt sich fast immer.
