Entwicklung von Quantenalgorithmen aus Sicht der Informatik
News vom 18. Aug. 2021
Quantencomputing gilt als vielsprechender Ansatz, um die Entwicklung von neuen Diensten und Anwendungen voranzutreiben. Die Technologie könnte z. B. dabei helfen, Verschlüsselungen zu knacken, Verkehrsprognosen zu optimieren oder neue Materialien zu entwickeln. Wesentlich für solche Anwendungen sind Quantenalgorithmen, die die Lösungssuche unterstützen. Jedoch ist Quantencomputing bisher stark von der Physik dominiert. Jetzt wagen FOKUS-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Blick auf die Entwicklung solcher Algorithmen aus Sicht der Informatik im Paper »Computer Scientist´s and Programmers´s View on Quantum Algorithms: Mapping Functions´APIs and Inputs to Oracles«.
Bei der Softwareentwicklung und -anwendung bzw. der Dienstprogrammierung für industrielle Anwendungen, gelten besondere Herausforderungen, die auch durch den Einsatz von Quantenrechnern potenziell gelöst werden können. Vor allem existieren Quantenalgorithmen, die eine extreme Beschleunigung bei der Suche in unstrukturierten Datenbanken versprechen. Dabei spielt insbesondere das Thema Black-Box-Orakel eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Anwendung von solchen Quantenalgorithmen. Ein solches Orakel ist eine eingebettete, ausführbare Funktion, die für eine Eingabe den Quantenberechnungsprozess so beeinflussen kann, dass die korrekten Ergebnisse mit einer höheren Wahrscheinlichkeit berechnet werden. Bei der Programmierung von Quantenalgorithmen haben die Wissenschaftler beobachtet, dass die Eingabe von API (Application Programming Interface, Programmierschnittstellen)-Funktionen aus der klassischen Welt der Softwareentwicklung und der Webservices auf die Black-Box-Orakel abgebildet werden müssen. Im Paper wird dieser Aspekt diskutiert und Anhand von zwei Quantencomputing-Algorithmen (Deutsch-Josza und Grover) veranschaulicht.