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31.03.2010 Thomas Mach

Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer

Quantencomputer gelten als Hoffnungsträger in Sachen Rechengeschwindigkeit. Doch vom relevanten Einsatz selbiger sind Forschung und Industrie noch endlos weit entfernt. Nun gelang es Forschern des Jülich Supercomputing Centre, mittels Supercomputer einen derartigen Rechner zu simulieren.

Ein Quantencomputer könnte heutige Computer an Rechengeschwindigkeit enorm übertreffen. Allerdings existieren bislang nur kleine Prototypen in Labors - mit einer Kapazität von wenigen Rechenbits. Daher ist es wichtig, Quantencomputer zumindest in Simulationen detaillierter zu erforschen. Mittels des Supercomputers Jugene gelang es den Jülicher Forschern laut Eigenangaben nun, das weltweit größte Quantencomputersystem mit 42 Bits zu simulieren.

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

"Will man einen Quantencomputer mit heutiger Rechenpower simulieren, stößt man schnell an die Grenzen: Für einen Quantencomputer mit 42 Rechenbits benötigt man Anlagen wie Jugene, der mit fast 300 000 Prozessoren und einer Leistung von einer Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde der schnellste Rechner Europas ist." Eine der gängigen Test-Anwendungen für Quantencomputer, der Shor-Algorithmus, wurde laut Michielsen erfolgreich mit 42 Rechenbits umgesetzt. Der Algorithmus zerlegte die Zahl 15 707 in das Produkt 113 mal 139. Damit könnten nun in der Simulation Zahlen zerlegt werden, die rund tausendmal größer seien als es bislang mit experimentellen Quantencomputern möglich sei.

Das Jülicher Forscherteam und die Arbeitsgruppe Computational Physics der University of Groningen in den Niederlanden hätten für den Weltrekord die Simulationssoftware so weiterentwickelt, dass diese effizient auf der großen Zahl an Prozessoren laufe. "Wenn viele Prozessoren zusammenarbeiten sollen, kann es bei einfachen Algorithmen schnell passieren, dass Prozessoren aufeinander warten und so Leistung verloren geht", betont Michielsen. "Unsere Software ist darauf optimiert, tausende Prozessoren nahtlos zusammenarbeiten zu lassen. Sie skaliert fast perfekt." Aufbauend auf der jetzt entwickelten Simulationssoftware soll es möglich werden, Phänomene und Dynamik von quantenmechanischen Systemen im Detail zu erforschen.

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