Wichtiger Durchbruch: Quantencomputer korrigieren ihre eigenen Fehler

Theoretisch verfügen Quantencomputer über ein gewaltiges Potenzial. Experten gehen davon aus, dass sie irgendwann Aufgabenstellungen in Sekundenschnelle berechnen können, für die heutige Supercomputer Jahre brauchen würden. Ob der Zustand der Quantenüberlegenheit bereits erreicht wurde, darüber streiten die Experten aktuell noch. Unstrittig ist aber, dass die Quantencomputer aktuell noch nicht ihr volles Potenzial entfalten. Einer der Gründe: Sie reagieren extrem empfindlich auf externe Einflüsse. Dadurch entstehen immer wieder Fehler. Dies führt dazu, dass die Berechnungen entweder deutlich länger dauern oder von vorne begonnen werden müssen. Ein Forscherteam der ETH Zürich hat hier aber nun einen Durchbruch vermeldet. Ihnen ist es gelungen, die Konstruktion des Quantencomputers so zu ergänzen, dass die typischerweise auftretenden Fehlerarten erkannt und korrigiert werden. Sollte sich dies bei unabhängigen Tests bewahrheiten würde dies einen entscheidenden Durchbruch darstellen.

Quantencomputer sind besonders anfällig für Fehler

Bei herkömmlichen Computern können die Bits jeweils nur den Zustand „1“ oder „0“ annehmen. Anders sieht dies bei Quantencomputern aus. Hier werden die kleinsten Recheneinheiten als Qubits bezeichnet. Diese haben die Besonderheit, dass sie auch beide Zustände gleichzeitig annehmen können – Fachleute sprechen von der Superposition. Dadurch lassen sich in der Theorie selbst extrem komplexe Rechenoperationen sehr schnell lösen. Der Nachteil ist allerdings, dass dadurch auch eine zusätzliche Fehlerquelle entsteht. So gibt es auch bei Quantencomputern den klassischen Fehler, dass Nullen und Einsen schlicht vertauscht werden. Hinzu kommen aber eben auch noch sogenannte Phasenfehler, bei denen es zu Problemen mit der Superposition kommt. Bisher treten diese noch deutlich zu häufig auf, um das volle Potenzial der Quantencomputer zu realisieren. Die Lösung der ETH-Forscher könnte dies nun ändern. Das neu entwickelte Korrektursystem besteht aus einem Chip mit siebzehn gezielt angeordneten und supraleitenden Qubits.

Die Forscher sprechen von einem „Durchbruch“

Neun dieser Qubits werden in einem Gitter aus jeweils drei Einheiten zusammengefasst. Hier finden dann die eigentlichen Berechnungen statt. Die acht anderen Qubits wiederum dienen der Fehlerkorrektur. Genutzt wird hierbei eine Technik namens Surface Code. Diese hat die Besonderheit, dass die Fehler erkannt und korrigiert werden, ohne dass der Zustand der rechnenden Qubits kollabiert. Erstmals haben die Forscher so den Nachweis erbracht, dass sich Fehler im laufenden Betrieb eines Quantencomputers wiederholt erkennen und beheben lassen. Sie selbst bezeichnen dies als „Durchbruch“. Bisher wurde die entsprechende Studie allerdings erst auf einem Preprint-Server hochgeladen. Die Beurteilung durch unabhängige Experten steht also noch aus. Unabhängig davon verfolgen die Forscher aber bereits weitergehende Pläne. So wollen sie als nächstes ein Qubit-Gitter mit jeweils fünf mal fünf Recheneinheiten konstruieren. Dadurch würde zwar die Rechenleistung steigen, es würden aber auch mehr Qubits zur Fehlerkorrektur benötigt.

Via: ETH Zürich