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Dr. Andreas Fuhrer
IBM

Quantencomputing mit den Quantenchips der nahen Zukunft

Donnerstag 4. April 2019, um 19:30 Uhr
ETH Hauptgebäude Hörsaal HG G5, Rämistrasse 101

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Programm eines Quantencomputers (Quelle: IBM)

Nach dem Ende der klassischen Skalierung sucht die IT-Industrie nach alternativen Methoden, um die Leistungsfähigkeit von Computersystemen in der Zukunft weiter zu steigern. Ein üblicher Ansatz besteht darin, spezialisierte Hardwarebeschleuniger zu verwenden, die dazu bestimmt sind, gewisse Aufgaben viel effizienter auszuführen als herkömmliche CPUs (z.B. GPUs, TPUs oder FPGAs).

Quantencomputing nutzt die Prinzipien der Quantenmechanik, Entanglement und Superposition, und verspricht damit gewisse Probleme, die mit klassischer Computing-Hardware unlösbar sind, effizient zu lösen. Unlösbar bedeutet hier, dass die benötigten Rechenressourcen (Speicher / Zeit) mit der Problemgrösse exponentiell skalieren. Unter Verwendung geschickter Quantenalgorithmen kann ein Quantencomputer einige dieser Probleme viel schneller lösen.

Um solche Algorithmen ausführen zu können, brauchen wir einen fehlerkorrigierten universellen Quantencomputer, der wie klassische Computersysteme beliebige Programme ausführen kann. Die Fehlerraten von Quantengattern auf aktuellen Quantenchips liegen jedoch auf dem Level von einigen Prozent. Dies begrenzt die Anzahl der sequentiellen Gatter auf unter 100 und die Anzahl der Qubits auf einige zehn.

Was können wir also in der nahen Zukunft mit diesen Quantenchips erreichen? In diesem Zusammenhang diskutiere ich die aktuellen Quantenchips von IBM basierend auf supraleitenden Qubits. Ich zeige wie einfache Quantenalgorithmen von jedermann auf der IBM-Q Hardware ausgeführt werden können, mit QiskitTM als Werk- zeug zum Programmieren von realer "Quantenhardware". Darüber hinaus werden die Einschränkungen der aktuellen Hardware erläutert und das Quantenvolumen als Maß für die Leistungsfähigkeit von Quantenchips mit signifikanten Fehlerraten einge- führt. Abschließend wird eine Industrieperspektive über nützliche zukünftige Quantenanwendungen mit den aktuellen Quanten- chips der nahen Zukunft und die damit verbundenen Herausforderungen vorgestellt.


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