de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums, der Northeastern University, Google Quantum Künstliche Intelligenz und der University of Texas in Austin haben einen Quantenalgorithmus namens Quanten-Hermite-Transformation entwickelt, der die Beschränkung der derzeit auf Quantencomputern ausführbaren begrenzten Anzahl von Operationen überwinden und ihre Leistung über die klassischer Systeme hinaus steigern kann. Die Hermite-Transformation wird in der Technik und Physik häufig zur Beschreibung der Energieniveaus des quantenharmonischen Oszillators eingesetzt und ist auch die Grundlage der in maschinellem Lernen und Datenwissenschaft üblichen Gaußschen Systeme, was auf ein breites Anwendungsspektrum dieser neuen Fähigkeit hindeutet. Ning Bao, Assistenzprofessor an der Northeastern University und gleichzeitig in der Abteilung für Rechnen und Datenwissenschaft am Brookhaven National Laboratory tätig, erklärte, dass die Quanten-Hermite-Transformation ein Quantenalgorithmus sei, der die Hermite-Transformation auf Quantenzuständen realisiere. Das Projekt wurde vom US-Energieministerium finanziert.
Die Entwicklung wirklich nützlicher Quantenalgorithmen bleibt das Haupthindernis für die Verwirklichung des Versprechens des Quantencomputings. Derzeit fehlt es in diesem Bereich an einer ausreichenden Anzahl standardisierter Operationen, um einen Quantenvorteil zu bieten. Diese Innovation ist nicht nur eine Quantensimulation klassischer mathematischer Werkzeuge, sondern auch ein strukturell unterschiedliches neues Primitiv, das das Anwendungsspektrum des Quantencomputings in Bereichen wie der Künstlichen Intelligenz erweitern könnte. Das Forschungsteam überwand die bisherige Ineffizienz bei der Ausführung dieser Transformationen auf Quantencomputern durch das Design einer Quantenschaltung mit logarithmischem Aufwand, was selbst für große Quantenzustände eine erhebliche Verbesserung darstellt. Die Schaltung nutzt eine genaue Approximation der Hermite-Funktionen sowie eine Technik für den harmonischen Oszillator, die es Quantencomputern ermöglicht, zukünftige Zustände schnell zu berechnen. In Kombination mit neuen Methoden zur Konfiguration von Qubits wird die Quanten-Hermite-Transformation zu einem praktischen und präzisen Quantenprimitiv. Bao erläuterte, dass die schnelle Vorwärtsentwicklung eines Quantensystems bedeutet, seinen Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt direkt zu berechnen. Wenn die Zeitentwicklung lange andauert, kann dies die für die Vorbereitung des Quantenzustands erforderliche Zeit erheblich reduzieren. Bao betonte, dass die Bedeutung dieser Arbeit darin liege, dass es dem Quantencomputing derzeit an einem ausreichenden Kernbestand an Algorithmusprimitiven fehle, die für komplexere Algorithmen unerlässlich seien.
Die Entwicklung der Quanten-Hermite-Transformation adressiert den kritischen Engpass der begrenzten Anzahl verfügbarer Basisalgorithmen im Quantencomputing. Bestehende Methoden stützen sich oft auf Varianten etablierter Techniken wie der Quanten-Fourier-Transformation, was den Umfang des Quantenvorteils einschränkt. Die Quanten-Hermite-Transformation bietet einen strukturell anderen Ansatz mit dem Potenzial, neue Rechenwege zu erschließen. Der neue Algorithmus kann mathematische Operationen, die in Bereichen wie Physik und maschinellem Lernen verwendet werden, effizient auf Quantenhardware übertragen. Seine entscheidende Innovation liegt in der Fähigkeit, die Transformation mit logarithmischem Aufwand durchzuführen, was bedeutet, dass die erforderlichen Rechenschritte proportional zum Logarithmus der Problemgröße sind und nicht linear, was zu einer exponentiellen Beschleunigung für große Quantenzustände führt. Das Forschungsteam führte außerdem eine Technik ein, die es Quantencomputern ermöglicht, den zukünftigen Zustand eines Systems direkt zu berechnen und so langwierige Simulationen zu umgehen. Die Kombination der Quanten-Hermite-Transformation mit neuen Methoden zur korrekten initialen Konfiguration von Qubits schafft ein praktisches, hochpräzises Primitiv, das Daten auf neue Weise analysieren und darstellen kann. Bao erklärte, dass Quantencomputer zwar leistungsstark seien, die Anwendungsmöglichkeiten dieser Kraft jedoch ohne Quantenalgorithmen sehr begrenzt seien. Die Entwicklung der Quanten-Hermite-Transformation geht auf ein vom US-Energieministerium finanziertes Projekt zurück, was die Bedeutung kontinuierlicher Investitionen in die Erweiterung der algorithmischen Grundlagen des Quantencomputings und die Verbreitung seiner potenziellen Auswirkungen auf wissenschaftliche Disziplinen unterstreicht. Diese Effizienz wird durch die Fähigkeit der Quanten-Hermite-Transformation, den zukünftigen Zustand eines Systems direkt zu berechnen, weiter gesteigert, wodurch die Vorbereitungszeit erheblich verkürzt wird.
