Language
Country/Area
No result found
Die Geheimwaffe des Quantum Annealing: das magische Prinzip, das das klassische Annealing übertrifft!
Viele Wissenschaftler und Ingenieure stehen bei der Suche nach optimalen Lösungen vor schwierigen Herausforderungen. Klassische Annealing-Algorithmen haben Menschen bei der Lösung vieler komplexer Optimierungsprobleme geholfen, aber angesichts der steigenden Rechenanforderungen scheint Quantencomputing eine völlig neue Lösung für dieses Problem zu bieten. Quantum Annealing ist ein Optimierungsprozess, der auf den Prinzipien der Quantenmechanik basiert und darauf abzielt, das globale Minimum einer gegebenen Zielfunktion zu finden. Er hat seine Überlegenheit in vielen Bereichen unter Beweis gestellt.
Das Quantenglühen wurde erstmals 1988 von B. Apolloni und Kollegen vorgeschlagen. Nach mehreren Weiterentwicklungen wurde seine umfassende Form 1998 von T. Kadowaki und H. Nishimori vorgeschlagen. Es nutzt die Überlagerungs- und Tunneleffekte der Quantenmechanik aus, um quantenparallele Tests des Systems zwischen allen möglichen Zuständen zu ermöglichen.
Quantum Annealing beginnt beim vollständigen Überlagerungszustand der Quantenmechanik, entwickelt sich durch die zeitgesteuerte Schrödinger-Gleichung und nutzt das Quantentunnelphänomen, um aus dem lokalen Minimum zu springen.
Im Vergleich zum klassischen Simulated Annealing hat das Quantum Annealing einen entscheidenden Vorteil: Aufgrund seiner Tunnelfeldstärke ist die Entwicklung des Systems nicht mehr allein von der Energieverteilung des aktuellen Zustands abhängig, sondern kann zufällig durch den Tunnel übertragen werden. Dies ermöglicht es dem Quantenglühen, bei einigen Problemen das simulierte Glühen zu übertreffen, insbesondere wenn es um kombinatorische Optimierungsprobleme mit vielen lokalen Minima geht.
Die Tunnelfeldstärke des Quantum Annealing ähnelt dem Temperaturparameter beim Simulated Annealing, der Vorteil des Quantum Annealing besteht jedoch darin, dass es die Amplitude über alle Zustände hinweg parallel ändern kann.
Das Tunnelfeld ist in der Quantenmechanik im Grunde ein kinetischer Energiebegriff der potentiellen Energie. Bei einigen hohen und dünnen Potentialbarrieren können thermische Störungen das System nicht effektiv durch die Barriere drücken, aber Quantentunneln kann effektiv sein. Untersuchungen zeigen, dass Quantenglühen unter diesen Umständen eine höhere Effizienz aufweisen kann.
Um die Entwicklung dieser Technologie voranzutreiben, brachte D-Wave Systems 2011 die erste kommerzielle Quanten-Annealing-Maschine, D-Wave One, auf den Markt und markierte damit eine neue Stufe in der Kommerzialisierung des Quantencomputings. Anschließend aktualisierte D-Wave mit der Weiterentwicklung der Technologie seine Ausrüstung weiter und brachte leistungsstärkere Quantencomputer auf den Markt, die sich der Lösung praktischer Optimierungsprobleme widmeten.
Untersuchungen zeigen, dass D-Wave 2X die Leistung im Vergleich zu Simulated Annealing und Quanten-Monte-Carlo-Methoden bei der Lösung schwieriger Optimierungsprobleme um das 100.000.000-fache verbessern kann.
Obwohl die Quanten-Annealing-Technologie von D-Wave aufregend ist, zeigen einige Studien, dass ihre tatsächliche Wirksamkeit noch weiterer Tests bedarf. In einer Studie fanden Forscher beispielsweise heraus, dass D-Wave-Wafer keine Anzeichen einer Quantenbeschleunigung aufwiesen, was eine Herausforderung für die zukünftige Entwicklung des Quantencomputings darstellt.
In der neuesten Forschung arbeiten Wissenschaftler intensiv daran, das Problem der „Quantenbeschleunigung“ zu lösen, um herauszufinden, unter welchen Umständen Quantencomputer herkömmliche Computer übertreffen können. Mit zunehmender Forschung werden neue Problemklassen erforscht, beispielsweise ob es nicht-traditionelle Optimierungsprobleme gibt, die sich für die Lösung mithilfe von Quantencomputern eignen.
Angesichts der sich schnell verändernden Technologie wird das Potenzial des Quantenglühens immer noch erforscht und diskutiert. Wir können davon ausgehen, dass Quantenglühen uns mit der Weiterentwicklung der Computertechnologie in der Zukunft neue Perspektiven und Methoden zur Lösung komplexerer Probleme bieten wird.
Wie wird diese Technologie unser Verständnis von und Lösungen für Computerprobleme verändern, wenn wir mehr über Quantenglühen erfahren?
