IBM und Partner aus Forschung und Wissenschaft zeigen, dass aktuelle Quantencomputer reale Materialien mit hoher Genauigkeit simulieren können. Die Ergebnisse basieren auf quantenzentrierten Supercomputing-Workflows und verbesserten Hardwareeigenschaften.
Foto: Oak Ridge National Laboratory.
Spallations-Neutronenquelle, Innenansicht: Spallations-Neutronenquelle am Oak Ridge National Laboratory
IBM hat Ergebnisse veröffentlicht, die einen Fortschritt bei der Nutzung von Quantencomputern für wissenschaftliche Simulationen markieren. In Zusammenarbeit mit mehreren Forschungseinrichtungen des vom US-Energieministerium geförderten Quantum Science Center wurde gezeigt, dass sich reale magnetische Materialien so simulieren lassen, dass die Resultate mit experimentellen Daten übereinstimmen.
Damit wird ein zentrales Problem adressiert: Die Entwicklung neuer Materialien – etwa für Supraleiter, Batterien oder Medikamente – erfordert die Simulation quantenmechanischer Effekte, die mit klassischen Methoden oft nur eingeschränkt zugänglich sind. Die aktuellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Quantencomputer in Kombination mit neuen Algorithmen und hybriden Rechenansätzen zunehmend in der Lage sind, diese Lücke zu schließen.
Im Mittelpunkt der Studie steht der Vergleich zwischen Simulation und Experiment. Das Forschungsteam nutzte Neutronenstreu-Experimente als Referenz, um die Genauigkeit der quantenbasierten Simulationen zu überprüfen.
Untersucht wurde der magnetische Kristall KCuF₃, dessen Eigenschaften gut dokumentiert sind. Die Simulationen auf dem Quantencomputer wurden direkt mit den Messdaten verglichen. Die Übereinstimmung zeigt, dass Quantenprozessoren inzwischen zentrale dynamische Eigenschaften solcher Materialien abbilden können.
Die Ergebnisse belegen, dass sich Quantencomputer als verlässliche Werkzeuge für die Materialsimulation etablieren könnten. Gleichzeitig verdeutlichen sie die Fortschritte bei der praktischen Nutzbarkeit aktueller Quantenhardware.
Neutronenstreubild 1: „Eine von einem IBM Quantencomputer unterstützte Simulation eines Neutronenstreuexperiments zeigte eine hohe Übereinstimmung mit den realen Messergebnissen.” - Lee, Y. T., et al. (2026). Benchmarking quantum simulation with neutron-scattering experiments. arXiv preprint arXiv:2603.15608.
Neutronenstreubild 2: „Ergebnisse eines Neutronenstreuexperiments (links) und eine von einem IBM Quantencomputer unterstützte Simulation des Experiments (rechts).“ - Lee, Y. T., et al. (2026). Benchmarking quantum simulation with neutron-scattering experiments. arXiv preprint arXiv: 2603.15608.
Ein wesentlicher Faktor für die erzielten Resultate sind Verbesserungen bei der Qualität und Stabilität der Quantenprozessoren. Insbesondere reduzierte Fehlerraten bei Zwei-Qubit-Operationen tragen zur erhöhten Genauigkeit der Simulationen bei.
Darüber hinaus kommt quantenzentrierten Supercomputing-Workflows eine zentrale Rolle zu. Dabei werden Quantencomputer mit klassischen Hochleistungsrechnern kombiniert, um komplexe Berechnungen effizient zu bewältigen. Dieser Ansatz ermöglicht es, die jeweiligen Stärken beider Technologien in einem gemeinsamen Workflow zu nutzen.
Das Forschungsteam hat die Methode bereits über das untersuchte Referenzmaterial hinaus erweitert und auch komplexere Materialsysteme simuliert.
Die Ergebnisse sind Teil eines breiteren Trends, Quantencomputing verstärkt für wissenschaftliche Fragestellungen einzusetzen. Neben Materialwissenschaften betrifft dies auch Bereiche wie Chemie und Molekularbiologie.
Der gezeigte Ansatz des quantenzentrierten Supercomputings gilt dabei als möglicher Weg, um sowohl wissenschaftlichen als auch wirtschaftlichen Nutzen zu erschließen. Durch die Kombination von Quanten- und klassischem Computing könnten künftig Simulationen möglich werden, die bislang als schwer zugänglich galten.
Langfristig ergeben sich daraus potenzielle Auswirkungen auf verschiedene Anwendungsfelder, darunter die Entwicklung neuer Materialien, Fortschritte in der medizinischen Bildgebung, Energieeffizienz und Arzneimittelentwicklung.
