PASADENA / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entwicklung von Quantencomputern schreitet mit großen Schritten voran, insbesondere durch die jüngsten Fortschritte von Amazon-Forschern, die eine effizientere Fehlerkorrektur mit weniger Qubits ermöglichen.
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Die Korrektur von Fehlern in Quantencomputern gilt als entscheidend für deren zukünftigen Erfolg. Amazon-Forscher haben nun gezeigt, dass dies mit einer geringeren Anzahl von Qubits möglich ist, als bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte die Entwicklung von Quantencomputern erheblich beschleunigen und deren Einsatz in der Praxis erleichtern.
Quantencomputer sind zwar bereits in der Prototypenphase, jedoch noch sehr fehleranfällig. Die labilen Qubits, die als Grundbausteine dieser Computer dienen, verlieren mit der Zeit Informationen, was zu unbrauchbaren Ergebnissen führen kann. Die Quantenfehlerkorrektur zielt darauf ab, diese Fehler zu erkennen und zu korrigieren, ohne die eigentliche Berechnung zu beeinträchtigen.
Traditionell wurde angenommen, dass tausende physische Qubits notwendig sind, um ein fehlerkorrigiertes logisches Qubit zu erzeugen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Hardware. Doch das Team um Harald Putterman vom AWS Center for Quantum Computing hat einen Ansatz entwickelt, der mit deutlich weniger Qubits auskommt. Sie verwenden sogenannte Cat-Qubits, die gegen bestimmte Arten von Rauschen resistent sind und daher weniger Fehlerkorrektur benötigen.
Cat-Qubits basieren auf dem Konzept der Katzenzustände, benannt nach Schrödingers berühmtem Gedankenexperiment. Diese Qubits sind bosonische Systeme, die in einem harmonischen Oszillator unendlich viele Zustände einnehmen können. Durch die Überlagerung gegensätzlicher Zustände entsteht ein robuster Katzenzustand, der weniger anfällig für Bit-Flip-Fehler ist.
Der innovative Ansatz der Amazon-Forscher kombiniert mehrere Cat-Qubits, um Phasenfehler zu korrigieren. Diese Methode erfordert weniger Qubits als der traditionelle Surface Code, der von anderen Unternehmen wie Google verwendet wird. Die Forscher konnten die Fehlerrate auf 1,65 Prozent pro Rechenzyklus reduzieren, was unter dem Schwellenwert für effektive Fehlerkorrektur liegt.
Obwohl die Fehlerrate noch weiter gesenkt werden muss, um praktische Algorithmen auszuführen, zeigt der Ansatz von Amazon das Potenzial, die Skalierung von Quantencomputern effizienter zu gestalten. Die Architektur der Cat-Qubits eignet sich gut für die Massenproduktion, was ihre Anwendung in der Praxis erleichtern könnte.
Die Forscher haben jedoch noch keine Algorithmen auf Cat-Qubits durchgeführt, was ein wichtiger nächster Schritt wäre. Die zukünftige Entwicklung wird davon abhängen, wie gut sich die Skalierung umsetzen lässt und ob die Robustheit der Cat-Qubits in allen Operationen erhalten bleibt. Dennoch zeigt die Arbeit, dass alternative Qubit-Typen vielversprechende Ansätze für die Quantenfehlerkorrektur bieten können.
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