Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben gemeinsam mit internationalen Partnern von Quantinuum und dem California Institute of Technology einen entscheidenden Fortschritt auf dem Weg zu einer künftigen Schlüsselanwendung von Quantencomputern erzielt: Simulationen komplexer Quantenmaterialien, die mit herkömmlichen Computern nicht mehr zugänglich sind.

In der in Nature veröffentlichten Studie nutzte das Team den Ionenfallen‑Quantencomputer von Quantinuum, um zu untersuchen, wie wechselwirkende Quantenteilchen sich verhalten, Energie austauschen und schließlich ein thermisches Gleichgewicht erreichen. Solche Prozesse sind grundlegend für das Verständnis magnetischer Materialien, des Wärmetransports und weiterer Phänomene, die eine zentrale Rolle in der modernen Festkörperphysik spielen.

Besonders bemerkenswert ist, dass die Quantensimulation einen Bereich erreichten, in dem klassische Rechenmethoden an ihre Grenzen stoßen. Mit wachsender Komplexität des Systems können selbst fortgeschrittene numerische Verfahren die zeitliche Dynamik über ausreichend lange Zeiträume nicht mehr zuverlässig nachverfolgen.

„Unsere numerischen Simulationen haben sehr klar gezeigt, ab welchem Punkt klassische Methoden nicht mehr genügend Rechenressourcen zur Verfügung haben“, sagt Wilhelm Kadow, Doktorand an der TUM, der an den Tensor‑Netzwerk‑Rechnungen des Projekts beteiligt war. „Das ist ein spannendes Anzeichen, dass Quantencomputer zunehmend zu wirklich nützlichen Werkzeugen für wissenschaftliche Entdeckungen werden.“

Die Arbeit zeigt, dass aktuelle Quantenhardware bereits hochkomplexe Vielteilchenprobleme bearbeiten kann, die für konventionelle Rechner außerordentlich herausfordernd sind. Damit stellt sie einen wichtigen Fortschritt auf dem Weg zu praktischen Anwendungen des Quantencomputings in der Physik, den Materialwissenschaften und darüber hinaus dar.

Forschungsförderung

Die Forschung wurde unter anderem gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder – EXC–2111–390814868, TRR 360 – 492547816, die DFG‑Sachbeihilfen KN1254/1‑2 und KN1254/2‑1, die DFG‑Forschergruppe FOR 5522 (Projekt‑ID 499180199), durch die Europäische Union (Grant Agreement Nr. 101169765) sowie durch die Munich Quantum Valley, die vom Freistaat Bayern im Rahmen der Hightech Agenda Bayern Plus unterstützt wird.

Publikation

Digital quantum magnetism on a trapped‑ion quantum computer. Reza Haghshenas, Eli Chertkov, Michael Mills, Wilhelm Kadow, Sheng‑Hsuan Lin et al. Nature. doi: 10.1038/s41586-026-10445-3

Kontakt zur Publikation

Prof. Dr. Michael Knap
Professor für Kollektive Quantendynamik (in Englisch)
Technische Universität München
TUM School of Natural Sciences
+49 89 289 53777
michael.knap@ph.tum.de

Prof. Dr. Frank Pollmann
Lehrstuhl für Theoretische Festkörperphysik (in Englisch)
Technische Universität München
TUM School of Natural Sciences
+49 89 289 53760
 frank.pollmann@tum.de

Dr. Michael Foss‑Feig
Quantinuum
Michael.Feig@quantinuum.com

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