Es gibt Quantencomputer, doch ihre Instabilität stellt eine große Herausforderung für die Benutzerfreundlichkeit dar. Hohe Fehlerquoten verhindern derzeit, dass diese revolutionäre Technologie ihr volles Potenzial entfalten kann. Jüngste wissenschaftliche Fortschritte deuten jedoch darauf hin, dass Lösungen in greifbarer Nähe sein könnten.
Die Herausforderung von Quantenfehlern
Auch bei herkömmlichen Computern treten Fehler auf, die jedoch durch bewährte Redundanztechniken behoben werden. Die Quantenmechanik verkompliziert dies: Informationen können nicht dupliziert werden, daher beruht die Fehlerkorrektur auf der Verteilung von Daten über verschränkte Qubits (das Quantenäquivalent von Bits). Diese Gruppen von Qubits werden logische Qubits genannt, und die Optimierung ihrer Konstruktion ist von entscheidender Bedeutung.
Das Kernproblem war die hohe Anzahl physikalischer Qubits, die zur Erstellung eines einzigen zuverlässigen logischen Qubits erforderlich ist, was den Bau von Quantencomputern teuer und schwierig macht. Doch Durchbrüche ändern dies.
Neue Ansätze zur Fehlerreduzierung
Forscher der International Quantum Academy in China haben kürzlich gezeigt, dass nur zwei supraleitende Qubits in Kombination mit einem Resonator ein größeres, stabileres Qubit erzeugen können, das Fehler selbst korrigiert. Darüber hinaus können drei solcher Qubits miteinander verschränkt werden, um Rechenleistung aufzubauen, ohne dass neue Fehler entstehen.
Robert Schoelkopf von der Yale University bemerkt: „Es ist eine sehr aufregende Zeit in der Fehlerkorrektur. Zum ersten Mal kommen Theorie und Praxis wirklich in Kontakt.“ Sein Team hat außerdem gezeigt, dass grundlegende Quantenoperationen mit extrem geringen Fehlerraten durchgeführt werden können – so selten wie ein Fehler in einer Million Operationen.
Mehrschichtiger Schutz und optimierte Algorithmen
Trotz dieser Verbesserungen werden zwangsläufig einige Fehler durchschlüpfen. Arian Vezvaee von Quantum Elements und seine Kollegen haben einen mehrschichtigen Ansatz getestet: Das Aktivhalten von Qubits mit elektromagnetischen Impulsen verhindert Korruption und sorgt für eine stabile Verschränkung.
Auch die konkrete Art und Weise, wie Qubits kombiniert werden, spielt eine Rolle. David Muñoz Ramo von Quantinuum fand heraus, dass hochpräzise Berechnungen (wie die Bestimmung des niedrigsten Energiezustands eines Wasserstoffmoleküls) mehr als eine grundlegende Fehlerkorrektur erfordern. Einfache Methoden reichen nicht aus.
Was das für die Zukunft bedeutet
Die Quantenfehlerkorrektur befindet sich noch in der Entwicklung. James Wootton von Moth Quantum sagt: „Wir befinden uns immer noch in einer Phase, in der Forscher lernen, wie alle Teile der Fehlerkorrektur zusammenpassen.“ Dennoch beginnen sich die Grundlagen für zuverlässiges Quantencomputing zu entwickeln.
Die Zukunft des Quantencomputings hängt von der Lösung dieses Fehlerproblems ab. Kontinuierliche Innovationen machen diese Zukunft plausibler, auch wenn ein völlig fehlerfreier Betrieb noch in weiter Ferne liegt.
