- Informatiker wählen Herausforderungen ähnlich wie Bergsteiger aus und entwickeln Strategien zu deren Bewältigung. Quantenforscher und klassische Forscher stehen in einem Wettbewerb um effiziente Problemlösungen. Ein neuer Quantenalgorithmus namens “Decoded Quantum Interferometry” könnte klassische Lösungen übertreffen. Optimierungsprobleme sind zentrale Herausforderungen, die exponentiell komplexer werden können. Quantenforscher entdeckten den neuen Algorithmus durch die Übersetzung von Optimierungsproblemen in Quantenprobleme.
Für Informatiker ist das Lösen von Problemen oft so anspruchsvoll wie das Bergsteigen. Zunächst müssen sie, ähnlich wie Bergsteiger, die richtige Herausforderung auswählen, die sie bewältigen möchten. Anschließend entwickeln sie eine ausgeklügelte Strategie, um diese zu meistern. Klassische und Quantenforscher stehen dabei in einem spannungsvollen Wettbewerb zueinander, denn beide nutzen unterschiedliche Ansätze. Quantenforscher berichten gelegentlich von neuen Wegen, um ein Problem zu lösen—häufig in Bereichen, die zuvor als wenig lohnenswert galten. Daraufhin treten Teams mit klassischen Ansätzen an, um zu sehen, ob sie effizientere Lösungen finden können. Dieses Rennen endet oft fast gleichauf: Sobald ein vermeintlicher Vorsprung durch Quantenalgorithmen entdeckt wird, gelingt es klassischen Forschern meist, eine ebenbürtige Lösung zu entwickeln.
Ein Blick auf den Quantenfortschritt
Ein kürzlich veröffentlichtes Papier auf einer wissenschaftlichen Preprint-Website legt nahe, dass ein neuer Quantenalgorithmus eventuell die bisherigen klassischen Lösungen übertrifft—zumindest bisher. Dieses Algorithmus, der als “Decoded Quantum Interferometry” (DQI) bekannt ist, könnte schneller als alle gegenwärtig bekannten klassischen Algorithmen effektive Lösungen in einer Vielzahl von Optimierungsproblemen identifizieren. Solche Probleme erfordern die Suche nach der bestmöglichen Lösung unter einer Vielzahl von Optionen. Ein bedeutender Fortschritt für die Quanteninformatik, so zumindest eine anerkannte Mathematikerin an der Reichman Universität.
In der quantenwissenschaftlichen Gemeinschaft erregte dieser Fortschritt Aufsehen. Doch selbst unter den Begeisterten bleibt Skepsis, dass eines Tages ein klassischer Algorithmus das Potenzial haben könnte, diese Vorherrschaft ebenfalls zu erreichen. Angesichts des aktuellen Mangels an fortschrittlicher Quantenhardware bleibt es zudem ungewiss, wann empirische Tests der neuen Theorie möglich werden. Der Algorithmus könnte jedoch auf der klassischen Seite neue Forschungen anregen.
Optimierung als Schlachtfeld
Optimierungsprobleme bestehen darin, die besten Optionen zur Lösung komplexer Herausforderungen zu finden. Häufig stehen Forscher vor Problemen, bei denen die Anzahl der möglichen Lösungen exponentiell zunimmt, je größer die Herausforderung wird. Wie plant zum Beispiel ein Lieferwagen die Route durch 10 Städte in drei Tagen am besten? Klassische Methoden zur Lösung dieser Probleme beinhalten oft ein intelligentes Durcharbeiten möglicher Lösungen, was allerdings schnell unpraktikabel wird.
Das spezifische Optimierungsproblem, das DQI adressiert, lässt sich ungefähr so beschreiben: Eine Sammlung von Punkten ist auf einem Blatt Papier gegeben und es gilt, eine mathematische Funktion zu finden, die durch diese Punkte verläuft. Diese Funktion muss ein Polynom sein, genau genommen eine Kombination aus Variablen mit ganzzahligen Exponenten, die mit Koeffizienten multipliziert sind. Solche Probleme sind im Bereich des Fehlermanagements und der Kryptographie weit verbreitet.
Ein unerwarteter Ansatz
Die Quantenforscher stießen auf ihren Algorithmus nicht auf direktem Weg. Im Rückblick gestaltete sich der Weg dorthin verschlungen. Alles begann, als die Forscher 2023 bei der Google Quantum AI-Initiative aktiv wurden, und daraufhin neue Wege entdeckten, Optimierungsprobleme in Quantenprobleme zu übersetzen. Dies gelang durch den geschickten Einsatz der Quanten-Fourier-Transformation, um die möglichen Lösungen in Quantenwellen zu verwandeln.
Bis heute ist unklar, wann DQI auf realer Quantenhardware getestet werden kann. Doch trotz der Theorie scheinen die Algorithmen eine Perspektive zu bieten, klassische Algorithmen letztlich zu übertreffen. Bisher bleibt die Quanten-Community gespannt und voller Hoffnung auf das Potenzial dieser neuen Ansätze, die eine Revolution im Bereich der Algorithmik bedeuten könnten.
