Quantencomputer beweist Quantenüberlegenheit mit extrem niedriger Fehlerquote

Quantencomputer gelten als Zukunft der Informationstechnologie und können in Sachen Schnelligkeit und Effizienz sogar aktuelle Supercomputer in den Schatten stellen. Allerdings sind die sogenannten Qubits, die Grundeinheiten der Quantencomputer, sehr fehleranfällig. Bereits kleinere Störungen können die quantenphysikalischen Verschränkungen und Überlagerungen beeinflussen. Je mehr Qubits verwendet werden, desto höher ist auch die Anfälligkeit für Fehler. Forscher:innen gelang es nun erneut, mit einem Quantencomputer die sogenannte Quantenüberlegenheit zu beweisen. Die Fehlerquote war dabei weitaus geringer als bei bisherigen Ansätzen. Ermöglicht wurde dies durch neue Quantenarchitekturen.

Computertechnologie der Zukunft

Unternehmen wie Google, IBM und Microsoft arbeiten derzeit an leistungsfähigen Quantencomputern. Dabei konzentrieren sie sich inzwischen nicht mehr einfach nur auf die Verwendung von immer mehr Qubits, sondern auch auf den Einsatz robuster, fehlerarmer Architekturen.

Das US-Unternehmen Quantinuum hat nun diesbezüglich einen neuen Rekord aufgestellt. Der dabei verwendete Quantencomputer H2-1 basiert auf Ionen und weist 56 Qubits auf. Ionen-Qubits gelten als besonders widerstandsfähig gegen äußere Einflüsse und benötigen eine weniger starke Kühlung als Computer mit supraleitender Quantentechnologie. Der H2-1 demonstrierte eine beeindruckend niedrige Fehlerquote, wie Quantinuum berichtet.

Der Rechner erhielt im Versuch eine für derartige Leistungstest übliche Aufgabe, bei der er den sogenannten Random Circuit Sampling Algorithmus lösen sollte. Dieser gilt aufgrund einer sehr hohen Zahl von Variablen als besonders schwer. 2019 gelang es Googles Quantencomputer „Sycamore“, die Aufgabe in etwa 200 Sekunden zu lösen. Der leistungsfähigste derzeit verfügbare Supercomputer würde für diese Aufgabe etwa zehntausend Jahre benötigen.

Neuer Rekordwert bei der Fehlerkorrektur

Im Test gelang es auch dem H2-1 innerhalb kürzester Zeit, die Aufgabe zu lösen. Dabei benötigte er etwa 30.000 Mal weniger Energie als ein Supercomputer. Aber noch wichtiger ist die Tatsache, dass der Quantencomputer beim sogenannten XEB-Benchmark, einem gängigen Benchmark für die Fehlerquote, den Rekordwert von 0,35 erreichte. Zum Vergleich: Googles „Sycamore“-Rechner schaffte lediglich 0,002. Der Wert 0 steht dabei für 100 Prozent verrauscht und somit potentiell fehlerhaft, 1 für 100 Prozent fehlerfrei.

Der H2-1 arbeitete also im Rahmen des Tests zu 35 Prozent fehlerfrei. „Dieses Resultat zeigt, wie weit die Quanten-Hardware seit Googles erster Demonstration des Quanten-Supremats gekommen ist. Wir haben damit unseren Vorsprung im Rennen um fehlertolerantes Quantencomputing weiter ausgebaut.„, so Rajeeb Jazra, CEO von Quantinuum.

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Gemeinsam mit Microsoft hat Quantinuum vor einigen Monaten eine Quantenarchitektur entwickelt, die zum ersten Mal die sogenannten „drei Neunen“ bei Zwei-Qubit-Logikgattern erreichen konnte. So bezeichnet man eine 99,9-prozentige Zuverlässigkeit bei den Berechnungen. Die Ergebnisse des Leistungstest zeigen, dass auch ein System mit 56 Qubits eine deutlich verbesserte Fehlertoleranz haben kann. „Dies spricht dafür, dass vollständig fehlertolerante Quantencomputer früher erreichbar sein könnte als ursprünglich erwartet„, so Ilyas Khan, der bei Quantinuum arbeitet.

via Quantinuum