Quantencomputer stellen wohl tatsächlich die Zukunft der Rechner dar. Google konnte nun einen Durchbruch in der Fehlerkorrektur mit «Sycamore» verkünden.
Quantencomputer Google
Der Prozessor des Quantencomputers «Sycamore» von Google. - Google

Das Wichtigste in Kürze

  • Google arbeitet mit dem «Sycamore» schon länger an einem nutzbaren Quantencomputer.
  • Nun wurde mit dem Google-Rechner offenbar ein weiterer Meilenstein erreicht.
  • Dank verbesserter Fehlerkorrektur ist der Computer nun näher der Praxisreife.

Schon länger sind sich Forschende einig, dass Quantencomputer der nächste Schritt in der Zukunft von Rechnern sind. Mit dem «Sycamore» konnte Google bereits 2019 einen Quantencomputer präsentieren, welcher schneller rechnet als ein herkömmlicher Computer. Nun gelang mit diesem Rechner dank einer verbesserten Fehlerkorrektur ein weiterer Durchbruch.

Die Fehleranfälligkeit von Quantencomputern

Für einen praktischen Verwendungszweck machen Quantencomputer bis dato noch zu viele Fehler. Das Problem hierbei sind die Quantenbits, oder kurz Qubits. Das quantenphysikalische Pendant zu den Bits alltäglicher Computer reagiert sehr sensibel auf allfällige Störeinflüsse. Deshalb ist hier eine leistungsfähige Fehlerkorrektur notwendig.

Quantencomputer Google
Sundar Pichai, CEO von Google, steht im Labor in Santa Barbara neben einem der Quantencomputer von Google. - Google/dpa

Bei Google AI wird dies nun mittels 54 supraleitenden Qubits bewerkstelligt, wie bei «scinexx» erklärt wird. Diese Qubits sind in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet und verkoppelt. So werden mehrere physikalische Qubits zu einem logischen Qubit zusammengefasst. Diese können sich schlussendlich weitestgehend selbst auf Fehler kontrollieren.

Google testet zwei Fehlerkorrekturen für Quantencomputer

Aufgrund des Quantenzustands müssen Fehler laufend gefunden und erkannt werden. Dazu agieren im Test einzelne Qubits als «Messfühler», um Fehler ausfindig zu machen. Sie wechseln also zwischen Messen und Verarbeiten hin und her und kontrollieren so je den Zustand der beiden Nachbarn. Mit dieser Methode kann aber nur eine der zwei Fehlerarten — Bit- oder Phasenfehler — erkannt werden.

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Ein IBM-Quantencomputer der Serie «Q System One» steht bei der Elektronikmesse CES 2020. Foto: IBM/dpa - dpa-infocom GmbH

Die zweite Methode reiht abwechselnd Mess- und Daten-Qubits in einem Gitter aneinander. So kann jedes Mess-Qubit sowohl Bit- als auch Phasenfehler erkennen. Diese Fehlerkorrektur erweist sich zwar als effizienter, ist aber auch schwieriger in der Umsetzung.

Zumindest bei einer der getesteten Methoden können Fehler so um mehr als das Hundertfache reduziert werden. Dies legt nahe, dass sich die Fehlerkorrektur mit erhöhter Qubits-Anzahl exponentiell verbessert.

Ein weiterer Durchbruch für Quantencomputer

Diese Entwicklung seit zwar theoretisch erwartet gewesen, «Trotzdem ist es schön, zu sehen, dass sich diese theoretische Annahme bewahrheitet hat.», kommentiert Quantenphysiker Tommaso Calarco vom Forschungszentrum Jülich, welcher nicht an der Studie beteiligt war. «Denn dieser exponentielle Anstieg ist für die Realisierung eines kompletten, funktionierenden Quantencomputers unabdingbar.», so Calarco.

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Eine künstlerische Vision des Quantencomputers «Sycamore» im Kryostat. - Google

Trotz dieser erfreulichen Gestaltung dürfte es aber wohl noch einige Zeit dauern, bis Quantencomputer massentauglich sind. «Es bleiben noch viele Herausforderungen auf dem Weg zur skalierbaren Fehlerkorrektur.», wie das Team bei Google AI erläutert. Sicher ist der Quantencomputer nun aber etwas näher an die Praxisreife gerückt.

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