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Libquantum: Tool für simuliertes Quantencomputing

Will man zum gegenwärtigen Zeitpunkt also Quantenalgorithmen untersuchen, bleibt nur der klassische Computer. Für Simulationen eines Quantencomputers auf einem normalen Rechner ist die C-Bibliothek Libquantum da:

  • Libquantum ist universell, das heisst beliebige Quantenalgorithmen, die auf einem echten Quantencomputer lauffähig wären, können implementiert werden.
  • Die Simulation bildet die physikalischen Gesetzmäßigkeiten möglichst genau ab, denen ein Quantencomputer unterliegt (zum Beispiel Dekohärenz).
  • Die Performance der Bibliothek ist hoch, damit auch komplexe Systeme mit akzeptablem Zeit- und Hardwareaufwand untersucht werden können.
  • Die Lizenzierung als GPL-Software stellt sicher, dass Vorgehensweise und Ergebnisse der Simulation nachvollziehbar sind.

Hier zerlegt der Shor-Algorithmus wird mit Hilfe von Libquantum die Zahl 15 in ihre Primfaktoren. Der erste speziell für einen Quantencomputer erstellte Algorithmus mit praktischer Anwendbarkeit war der 1995 von Peter Shor entdeckte Algorithmus zur Primfaktorzerlegung.

Die erste Version von libquantum wurde 2003 veröffentlicht. Seitdem kamen viele Features hinzu, beispielsweise Quantenfehlerkorrektur-Verfahren oder Zustände mit klassischen Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Die im September letzten Jahres erschienene Version ermöglicht die Simulation von beliebigen Problemen aus der Quantenmechanik (siehe die Meldung auf Linux-Magazin Online). Eine Simulation des Faktorisierungsalgorithmus von Shor, die mit Hilfe von Libquantum erstellt wurde, ist im SPEC-Benchmark CPU2006 enthalten.

Hier geht es zum zweiten Teil des Artikels, einem Workshop mit Libquantum.

Die Autoren

Björn Butscher und Hendrik Weimer sind die Hauptentwickler von Libquantum. Sie sind gegenwärtig an der Universität Stuttgart als wissenschaftliche Mitarbeiter tätig.

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