Das Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI), die Schwedische Verteidigungsforschungsanstalt, hat den Bericht "Quantenberechnungen für Optimierungsprobleme: Eine Einführung mit Schwerpunkt auf Verteidigungsanwendungen" veröffentlicht, der im Auftrag des schwedischen Verteidigungsministeriums verfasst wurde. Der Bericht beschreibt, wie Quantenalgorithmen zur Lösung von Optimierungsproblemen im Verteidigungsbereich eingesetzt werden können.

Der Bericht wurde von Charlotta Bengtson, leitende Forscherin in der Abteilung Waffen, Schutz und Sicherheit des FOI, sowie von Johan Nilsson, leitendem Forscher in der Abteilung Verteidigungstechnik, verfasst. Laut der Pressemitteilung des FOI erläutern die Forscher, wie Quantenalgorithmen auf Probleme wie Ressourcenzuweisung und Logistik angewendet werden können.

"Optimierungsprobleme treten sehr häufig in Verteidigungsberechnungen sowie bei der Ressourcenzuweisung und Logistik auf. Es handelt sich um eine breite Klasse von Problemen, die gleichzeitig als eine Problemklasse identifiziert wurde, für die heutige Quantencomputer möglicherweise besonders effizient sein könnten", sagt Charlotta Bengtson in der Pressemitteilung.

Laut FOI unterscheiden sich Quantencomputer von klassischen Computern dadurch, dass sie Quantenbits anstelle gewöhnlicher Bits verwenden. Durch das Prinzip der Superposition kann ein Quantenbit gleichzeitig in beiden Zuständen, null und eins, existieren, wodurch ein Quantencomputer mehrere Möglichkeiten parallel verarbeiten kann. Ein weiteres zentrales Prinzip ist die Interferenz, bei der Quantenbits wie Wellen agieren, die sich gegenseitig verstärken oder auslöschen können. Dieses Prinzip wird genutzt, um die Effizienz von Berechnungen zu steigern.

Die aktuelle Generation von Quantencomputern wird als NISQ-Computer bezeichnet, kurz für Noisy Intermediate-Scale Quantum (rauschbehaftete Quantencomputer mittlerer Größenordnung). Diese verfügen noch nicht über eine vollständige Fehlerkorrektur, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.

"Sie machen häufig Fehler, und das begrenzt, was man mit ihnen anfangen kann", sagt Johan Nilsson in der Pressemitteilung.

Charlotta Bengtson betont, dass Quantenberechnungen im Verteidigungskontext schnellere Lösungen für zeitkritische Probleme liefern können. Sie zieht dabei einen Vergleich mit der Luftfahrtbranche, wo eine nahezu optimale Lösung, die schnell verfügbar ist, einer perfekten Lösung vorzuziehen sein kann, wenn deren Berechnung zu lange dauert.

Die Forscher weisen darauf hin, dass klassische Computer sich parallel zu Quantencomputern weiterentwickeln, und dass eine Kombination aus klassischen Computern, künstlicher Intelligenz und Quantencomputern voraussichtlich die beste Lösung für Optimierungsprobleme der Zukunft darstellen wird.

"Für viele Probleme ist es nach wie vor besser, klassische Methoden zu verwenden", sagt Charlotta Bengtson.