China durchbricht Fehlertoleranz-Schwelle bei Quantencomputern

Quantencomputer scheitern oft an ihrer Fehleranfälligkeit. Chi­ne­si­schen Forschern ist nun ein Durchbruch gelungen: Ihr Sys­tem kor­rigiert Fehler effizienter als Googles Ansatz. Dies könnte der ent­scheidende Schritt zur Skalierbarkeit der Tech­no­lo­gie sein.

Durchbruch bei der Fehlerkorrektur

Ein Forschungsteam der University of Science and Technology of China (USTC) hat einen technischen Fortschritt im Quantencomputing erzielt. Mit dem supraleitenden Quantenprozessor Zuchongzhi 3.2 überschritten die Wissenschaftler die kritische Schwelle der Fehlertoleranz. Dies gilt als wichtiger Schritt hin zu praktisch nutzbaren Quantencomputern.

Nach Angaben der Forscher ist es das erste System außerhalb der USA, dem dieser Meilenstein gelingt. Das Team rückt damit näher an den bisherigen Spitzenreiter Google heran. Google hatte zuvor mit seinem "Willow"-Chip vergleichbare Ergebnisse erzielt. Das chinesische Team um den Physiker Pan Jianwei verfolgt jedoch einen anderen Ansatz.


Während Google auf zusätzliche Hardware-Komponenten zur Fehlerunterdrückung setzt, nutzen die USTC-Forscher ein Verfahren, das ohne zusätzliche Steuerleitungen auskommt. Ziel ist es, die Stabilität der empfindlichen Qubits zu sichern, ohne den technischen Aufwand und die Wärmeentwicklung im System weiter zu erhöhen.


Wie die South China Morning Post (SCMP) unter Berufung auf eine Veröffentlichung in den "Physical Review Letters" berichtet, nutzt das Team eine ausschließlich mikrowellenbasierte Steuerung. Damit werden sogenannte Leckage-Fehler reduziert, bei denen Qubits ihren definierten Rechenraum verlassen. Statt zusätzlicher physischer Leitungen kommen präzise getaktete Mikrowellensignale über bestehende Verbindungen zum Einsatz.

Auf dieser Basis konstruierten die Forscher ein logisches Qubit mit einem "Surface Code" der Distanz sieben. Logische Qubits bestehen aus mehreren physikalischen Qubits, die gemeinsam Fehler erkennen und korrigieren. Eine größere Code-Distanz erhöht die Robustheit, sofern die Fehlerraten der einzelnen Qubits ausreichend gering sind. Die Ergebnisse zeigen nach Angaben der Forscher:

Fehlerunterdrückung

Vorteile für die Skalierbarkeit

Das System arbeitet damit unterhalb der kritischen Fehlerschwelle, die als Voraussetzung für größere Quantencomputer gilt. Der Verzicht auf zusätzliche Steuerleitungen bietet einen architektonischen Vorteil. Da Mikrowellensignale gebündelt über eine Leitung übertragen werden können, sinkt der Verkabelungsaufwand erheblich. Dies könnte thermische und mechanische Probleme bei der Skalierung auf sehr große Systeme reduzieren. Googles hardwarelastiger Ansatz gilt zwar als leistungsfähig, könnte jedoch bei sehr hohen Qubit-Zahlen an Grenzen der Kühltechnik stoßen.

Trotz des Erfolgs mahnen Fachleute zur Zurückhaltung. Unabhängige Forscher bewerten das Experiment als relevant, verweisen aber darauf, dass eine kommerzielle Nutzung noch in weiter Ferne liegt. Aktuelle Systeme arbeiten mit rund hundert bis zweihundert Qubits. Für universell einsetzbare, fehlertolerante Quantencomputer wären Hunderttausende oder Millionen von Qubits notwendig.

Haltet ihr den Ansatz über Mikrowellen-Steuerung für den Schlüssel zur Massentauglichkeit von Quantencomputern oder bleibt Google mit seiner Hardware-Power vorne? Wir sind gespannt auf die Diskussionen in den Kommentaren!


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